WO2023099290A1 - Vorrichtung und verfahren zum analysieren einer probe mittels elektrisch geladener teilchen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum analysieren einer probe mittels elektrisch geladener teilchen Download PDF

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WO2023099290A1
WO2023099290A1 PCT/EP2022/082858 EP2022082858W WO2023099290A1 WO 2023099290 A1 WO2023099290 A1 WO 2023099290A1 EP 2022082858 W EP2022082858 W EP 2022082858W WO 2023099290 A1 WO2023099290 A1 WO 2023099290A1
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WO
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compensation
coils
sample
less
charged particles
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PCT/EP2022/082858
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English (en)
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Inventor
Steve Jackson DJEMPE
Johannes HARTGERS
Original Assignee
Integrated Dynamics Engineering Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/09—Diaphragms; Shields associated with electron or ion-optical arrangements; Compensation of disturbing fields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/02—Details
    • H01J2237/026—Shields
    • H01J2237/0264—Shields magnetic

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for imaging and/or analyzing and/or processing a sample using electrically charged particles, for example with a transmission or scanning electron microscope.
  • the aim here is to reduce the influence of magnetic fields.
  • Magnetic field compensation based on the feedback control principle is known.
  • a small spatial volume which is also referred to here as a compensation volume, is made virtually or essentially field-free by destructive interference.
  • a feedback sensor picks up the magnetic interference field, for example the earth's magnetic field, in the vicinity of the object to be protected and forwards this signal to a control unit. Based on the sensor signals, the control unit calculates a compensation current, which is fed to the compensation coils. These then generate a magnetic field which, in the ideal case, is destructively superimposed on the interference field in such a way that the amplitude of the interference is minimized or at least significantly reduced.
  • devices that work with accelerated electrons such as scanning and/or transmission electron microscopes, suffer from electromagnetic interference because they can directly affect the trajectory of the electrons required for imaging and thus the quality of the results.
  • Typical installations for such devices include a large-volume compensation structure in the form of a coil arrangement, which often defines a cube or cuboid area in which a compensation field that is as homogeneous as possible is present. This is what happens inside this compensation field device placed.
  • compensation structures are very bulky, but on the other hand they are also very inflexible. They often have to be adapted to the spatial conditions on site and assembled in a complex manner so that the devices can then be arranged in the structure. The size of the available space therefore also limits the size of the device.
  • the achievable magnetic field compensation already decreases significantly in the area or environment of the sample or at least outside this very small spatial volume, so that the electromagnetic interference increases rapidly and the trajectory of the electrons on the way to the sample is changed, which Ultimately, the quality of the measurement results suffers.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device and a method for imaging and/or analyzing a sample, in which case the best possible magnetic field compensation can be made possible over a larger area or spatial volume.
  • the best possible magnetic field compensation should be achieved at least along a predetermined spatial direction over the greatest possible distance, without requiring a large-volume compensation structure.
  • the device and the method for magnetic field compensation should be able to be used in particular on or in connection with scanning and/or transmission electron microscopes (SEM or TEM).
  • the device and the method for magnetic field compensation should be able to be implemented or integrated as well as possible and with little effort in the corresponding devices for imaging and/or analyzing a sample, in particular in or on scanning and/or transmission electron microscopes and preferably also in or on such , which have higher structures, such as over 1 m, over 2 m or even over 3 m.
  • This object is achieved in a surprisingly simple manner by a device and a method for imaging and/or analyzing and/or processing a sample with high resolution using electrically charged particles according to one of the independent claims.
  • the present invention therefore relates to a device for imaging and/or analyzing and/or processing a sample with high resolution using electrically charged particles, in particular using an electron beam, comprising a device for providing electrically charged particles, a chamber with means for Recording and holding of the sample, a device for guiding the electrically charged particles along a central axis Mz in the direction of the chamber, and a detector, wherein a sample arranged in the chamber can be subjected to the electrically charged particles during operation, as well as a device for compensating for a magnetic interference field and for forming a preferably elongated compensation volume with an extension along the center axis Mz, wherein the chamber is preferably at least partially within the compensation volume is arranged, comprising at least two compensation coils, which are each provided by at least one turn of a conductor, and wherein at least two compensation coils are arranged next to one another along the central axis Mz or are assigned to it, and wherein an existing magnetic interference field within the compensation volume can be
  • a sample arranged in the chamber can be subjected to the electrically charged particles during operation, essentially without being disturbed by a magnetic field originally present there.
  • the measurement can be carried out largely or completely without the influence of magnetic interference fields, so that a sample can be imaged, analyzed and/or processed independently of the magnetic fields present at the measurement location.
  • the compensation volume can advantageously be of an elongate shape with a greatest extension along the direction of the central axis Mz of the device.
  • This arrangement makes it possible to compensate for a magnetic interference field present at the installation site of the device in a three-dimensional volume, with the interference field being able to be compensated both in the horizontal plane and along the vertical.
  • the device according to the invention for imaging and/or analyzing a sample can be arranged in an upright position during operation, as is often the case with transmission electron microscopes, for example, but also in a horizontal position.
  • a horizontal plane is defined by the spatial directions X and Y, and the perpendicular or orthogonal to this is referred to as the spatial direction Z.
  • the central axis Mz of the device thus corresponds to the spatial direction Z
  • the directions or coordinates X and Y of the device correspond to the spatial directions X and Y.
  • the electrically charged particles can move along the central axis Mz of the device , which is therefore arranged parallel to the spatial direction Z in a standing arrangement.
  • the greatest extent of the compensation volume along the direction of the central axis Mz of the device makes it possible for the electrically charged particles to travel as long as possible through the compensation volume during operation of the device.
  • at least two compensation coils are arranged next to one another along the central axis Mz or are assigned to it.
  • At least two further compensation coils are provided in an advantageous embodiment of the invention, which can be assigned to the X and Y coordinates of the device.
  • the axes Mx and My assigned to these at least two further compensation coils thus correspond to the spatial directions X and Y in a stationary arrangement
  • the compensation coils assigned to it are therefore orthogonal to the at least two compensation coils, which are assigned to the center direction Mz.
  • the two spatial directions X and Y can also be assigned several or only a single compensation coil.
  • the compensation coils can be used to generate the preferably elongated compensation volume during operation of the device, with an existing magnetic interference field, for example the geomagnetic field prevailing at the installation site and/or interference from the environment, for example in connection with a selected installation site, and/or interference from the Device itself, can be at least significantly or ideally substantially fully compensated.
  • the compensation volume thus describes a spatial volume of a magnetic field generated by the compensation coils, in which a magnetic interference field present there is reduced, preferably to a predetermined maximum size of the magnetic flux density.
  • the feedback control principle can advantageously be used for this purpose, with a spatial volume being able to be made virtually or essentially field-free by destructive interference.
  • a compensation current can be directed to the compensation coils, which can then generate a magnetic field which ideally is destructively superimposed on the interference field in such a way that the amplitude of the interference is minimized or at least significantly reduced.
  • devices for measuring the magnetic flux density are provided, which will be discussed further below.
  • the inventors have found that inaccuracies in the measurement can be significantly reduced again overall by deflecting the electrically charged particles as a result of interfering magnetic fields, if not only at that location the impact of electrically charged particles on a sample, i.e. the sample recording, but also at the location of the emitter and/or at the location of the detector, magnetic field compensation takes place.
  • the least possible influence on the imaging and analysis using the device can therefore be achieved in particular if the magnetic flux density at at least two, preferably all three of these locations, which are also referred to below as sensitive locations, is as small as possible and/or if the magnetic flux density is as equal as possible at these sensitive locations.
  • a particularly high measurement accuracy of the device for imaging and/or analyzing a sample with high resolution using electrically charged particles can be achieved if the compensation coils are selected and arranged in such a way that a magnetic field is preferably present at these three sensitive locations of the device can be compensated.
  • the magnetic field compensation is therefore primarily concentrated on at least two, preferably the three, sensitive locations. If these are collinear with one another along the central axis Mz, which is typically the case, it is particularly easy to use two that are also arranged along the central axis Mz Compensation coils at least at two, preferably three sensitive locations a small deflection of the electrically charged particles can be achieved.
  • the distance between respectively adjacent sensitive locations can be at least 0.1 m or 0.2 m, in particular at least 0.5 m, preferably at least 1 m and particularly preferably at least 1.5 m or even more.
  • the distance between the emitter and the sample holder and/or the distance between the sample holder and the detector can be 0.5 m or more, 1 m or more or even 1.5 m or more.
  • the distance between the outer sensitive locations, in particular between the emitter and the detector can thus be 1 m or more, preferably 1.5 m or more, particularly preferably 2 m or more.
  • the extent in a plane orthogonal to this can be at least 0.2 m x 0.2 m, preferably at least 0.3 m x 0.3 m, particularly preferably at least 0.4 m x 0.4 m, at least 0 .5 m x 0.5 m or more.
  • the compensation volume has an extent in the direction of the center axis Mz which is at least 1.5 times, preferably at least twice or even 2.5 times the extent of the compensation volume in a direction perpendicular thereto, i.e. in a of coordinates X or Y.
  • an elongate, approximately cuboid compensation volume can be formed particularly favorably during operation, which can be regarded as homogeneous within the meaning of the invention.
  • the arrangement of the compensation coils in relation to the device for imaging and/or analyzing a sample can determine the orientation of the compensation volume in relation to the device.
  • the highest possible magnetic field compensation can be made possible during operation of the device, particularly at the sensitive locations, so that the magnetic flux density is as low as possible at at least two of these sensitive locations. Essentially, these sensitive locations should be kept free from external magnetic interference.
  • a compensation volume is understood to be a spatial volume which has a lower magnetic flux density in comparison to the magnetic flux density of the surrounding magnetic interference field.
  • a reduction of at least 50% in relation to the magnetic interference field present at the installation site should be considered lower, i.e. the size of the magnetic flux density should be reduced by at least half.
  • the invention makes it possible that with the arrangement of at least two compensation coils lying next to one another, an elongated compensation volume can be formed in which the magnetic flux density, in particular at the location of the emitter, the sample holder and/or the detector, is reduced by at least 90%, preferably at least 95%. and particularly preferably at least 98% is reduced compared to the magnetic flux density that prevails without compensation. Changes in the magnetic fields that occur over time can also be compensated for. This is based on the typical magnetic flux density due to the earth's magnetic field, which, however, can also be slightly increased or changed due to the apparatus itself or other facilities present at the installation site of the device.
  • a device for imaging and/or analyzing a sample with high resolution by means of electrically charged particles in which the magnetic flux density in operation at the location of the emitter and/or the sample holder and/or the detector is 0.2 pT or less, preferably 0.1 pT or less and more preferably 0.05 pT or less, 0.02 pT or less or even 0.01 pT or less.
  • the difference in the magnitude of the magnetic flux density at at least two, preferably three, sensitive locations is 0.05 pT or less, preferably 0.01 pT or less. This means that during operation the magnetic flux density can be kept almost identical at at least two, preferably three, sensitive locations, which has a particularly favorable effect on the accuracy of the measurements.
  • the device for providing the electrically charged particles is provided as an electron microscope, e.g. as a scanning electron microscope and/or transmission electron microscope.
  • the device for providing the electrically charged particles is provided as a lithography device.
  • the device is provided as a device for magnetic resonance tomography or nuclear spin tomography.
  • the chamber is preferably designed as a vacuum chamber. This can be delimited by side walls, a floor and a cover.
  • the chamber can comprise means for receiving and/or holding a sample, such as a sample holder on which a sample can be positioned in such a way that it can be imaged, examined and/or processed using the particles that can be provided by the device.
  • the device according to the invention for compensating for a magnetic interference field therefore comprises at least four compensation coils, which can be integrated into the actual device or the arrangement, or also in the area surrounding the arrangement, in such a way that the operability of the arrangement is not significantly impaired is.
  • a compensation volume not only the chamber itself, in which a sample can be accommodated during operation, but also at least one directly adjoining area outside the chamber can be referred to as a compensation volume or represent the compensation volume, provided that the magnetic flux density is correspondingly reduced .
  • the invention makes it possible to provide an elongate expansion of the compensation volume with sufficient magnetic field compensation with comparatively little outlay in terms of system technology and a compact design, so that not only the chamber but also an area outside the chamber can be included.
  • the compensation volume can therefore have an elongate extent in that spatial direction which encloses the trajectory of the electrically charged particles at least in sections, ideally completely. In this way, the influence of a surrounding magnetic interference field along the trajectory of the electrically charged particles can be compensated for in a particularly favorable manner.
  • an electron beam can be sensitively influenced with regard to the image quality not only shortly before or after a final focusing and/or filtering before hitting the sample when external electromagnetic interference acts, but also over further parts of the distance between the device for providing electrically charged particles and the impingement on the sample as well as the path from the sample to the detector.
  • the compact design of the device according to the invention for compensating for a magnetic interference field makes it possible to arrange the compensation coils not only in one room and then to arrange the device for providing electrically charged particles, in particular REM/TEM devices, in this room.
  • the compact design also makes it possible to integrate the device according to the invention for compensating for a magnetic interference field directly into the SEM or TEM device. This is advantageous because, on the one hand, the entire device for imaging and/or analyzing a sample with high resolution becomes significantly more flexible and, for example, changing from one installation location to another is significantly facilitated.
  • the device according to the invention can thus be built independently of the intended installation site and can therefore be used flexibly.
  • a shorter distance between the compensation coils and the sample means that the quality of the measurements is better, since the compensation can be adjusted more precisely.
  • each individual compensation coil can be assigned at least one further coil, preferably on the same axis.
  • a compensation coil pair can be formed which corresponds to a Helmholtz-like configuration and with which homogeneous magnetic fields can be formed particularly well.
  • each coordinate X and Y is assigned at least one compensation coil pair.
  • the at least two compensation coils assigned to the central axis Mz are particularly favorable in the form of compensation coil pairs.
  • an arrangement with a total of at least four pairs of compensation coils can be made available, with which a magnetic interference field in all spatial directions X, Y and Z can be compensated particularly well.
  • the pair of compensation coils can be connected and/or controlled in such a way that only a single compensation coil of the pair of compensation coils can be supplied with current.
  • the inventors have found that in an arrangement with two compensation coils arranged next to one another, in particular with two pairs of compensation coils arranged next to one another in the central direction Mz, the control and regulation for the compensation can be made more difficult. This can be the case in particular if, for example, the device itself or the device for providing electrically charged particles or the device for guiding the electrically charged particles forms a further magnetic field during operation, which is superimposed on a magnetic field present at the installation site, so that a magnetic field of unequal strength prevails in the volume to be compensated, which must be compensated accordingly.
  • the degree of compensation at a point within the compensation volume can be influenced to different degrees by several coils.
  • a compensation current can be calculated by the control unit, which is routed to the compensation coils.
  • the magnetic field generated in this way can then overlay the interference field in such a way that the amplitude of the interference is not only minimized or at least significantly reduced, but is amplified again.
  • Undesirable interference can occur precisely during a measurement, which can last for a long time.
  • the inner coils of the compensation coils or of the pair of compensation coils which are assigned to the center direction Mz, be designed differently in comparison to the outer coils. It has turned out to be favorable here if a larger current flows through the outer coils than the inner, adjacent coils.
  • the inner coils with a lower number of turns compared to the number of turns of the outer coils.
  • the number of turns Ni of the inner coils is lower than the number of turns Na of the outer coils, ie comprises at least one turn less, so that the following applies in terms of absolute value: N a >Ni.
  • the different numbers of turns are advantageously adjusted in such a way that the gradient of the magnetic field, starting from the center, is minimal.
  • the inner coils exert less of an influence on the compensation volume than the outer coils, so that the occurrence of overcompensation can be largely avoided. Due to the lower number of turns in the inner coils, the current flowing through the inner coils is lower than that in the outer coils. With the same cross-section of the conductor loops of the coils, this is the entire cross-section through which current can flow lower in the inner coils compared to the outer coils and a weaker magnetic field is generated.
  • the cross-section through which current can flow during operation of the conductor loops belonging to the inner coil is smaller than the cross-section through which current can flow of the conductor loops belonging to the outer coil, preferably by at least 10% and at most by 70%, preferably at least 15% and at most 65% and particularly preferably at least 20% and at most 60%.
  • the radius of the inner and outer compensation coils is designed to be different, with the inner coils preferably having a smaller radius than the outer coils. In this way, too, the compensation by the inner coils can be reduced, so that the risk of overcompensation can be reduced.
  • the compensation is based on a two-stage concept, with a number of turns and/or a size first being specified for each coil and then, during operation, the current being individually regulated and set for each coil after appropriate measurement.
  • Each compensation coil can be controlled independently of the others.
  • the device for compensating for a magnetic interference field can comprise at least one device for measuring the magnetic flux density, ie for detecting or measuring a magnetic interference field.
  • At least one device for measuring the magnetic flux density can preferably be arranged in the area of the chamber, preferably in the chamber. This makes it possible to record the magnetic flux density directly in the interaction area between the electrons and the sample, and the corresponding compensation coils can be regulated accordingly.
  • the device comprises at least two such devices for measuring the magnetic flux density, which can be arranged at a distance from one another along the center direction Mz. This is advantageous since the compensation volume can have an elongate extent in the center direction Mz.
  • At least one device for measuring the magnetic flux density can be assigned to the chamber or arranged in the chamber and a further device for measuring the magnetic flux density outside the chamber, preferably in an area between the device for providing the electrically charged particles and the chamber. In this way, it is possible to measure and compensate for an existing interference field not only inside the chamber, but also in an upstream area through which the electrons pass during operation.
  • the device for measuring the magnetic flux density is preferably arranged in the vicinity of the sensitive locations, ie for example in the area of the emitter, the sample holder and/or the detector. Since the device for measuring the magnetic flux density can also generate a magnetic interference field, it is advisable not to place the device directly in the area of the sample and the path of the electrically charged particles.
  • the at least two devices for measuring the magnetic flux density in a preferred embodiment are at a distance from one another, preferably in the center direction Mz, of at least 0.2 m, preferably at least 0.5 m and particularly preferably at least 1 m , so that a particularly good compensation is possible even with an elongate expansion of the compensation volume.
  • One embodiment provides that the at least one device for measuring the magnetic flux density is arranged in the area of the compensation coil with a higher number of turns and the at least second device for measuring the magnetic flux density is arranged in the area of the compensation coil with a lower number of turns. This enables an even more precise control of the associated compensation coils, as a result of which overcompensation can be further reduced.
  • the device for measuring the magnetic flux density can include at least one sensor, preferably a magnetic field sensor or fluxgate magnetometer or saturation core magnetometer. If the device for measuring the magnetic flux density is to be arranged in the chamber, a design suitable for vacuum is recommended. The device for measuring the magnetic flux density can preferably measure in all three spatial directions.
  • At least one power supply for the compensation coils and a device for controlling and/or regulating the current in the compensation coils as a function of the detected or measured magnetic interference field are advantageously provided.
  • a current can be switched individually for each compensation coil or for each conductor, which current can be in a range between 1 and 3 A, for example, so that the desired compensation field can be generated.
  • At least one device for controlling the compensation coils is advantageously provided, preferably based on the measurement of the magnetic flux density, with each individual compensation coil of the compensation coil pair or the compensation coil pair for magnetic field compensation being controllable by the control device.
  • the at least one at least one compensation coil is arranged in the central direction Mz at least in sections on the outside and/or the inside of the chamber wall, with a recess preferably being provided for this purpose, which extends at least in sections in the chamber wall, and the recess preferably as a a cavity is made in the chamber wall.
  • a wall of the chamber can provide or have, at least in sections, a receiving area for at least one section of the compensation coil, in particular for at least one section of the conductor.
  • the section for accommodating the conductor or the accommodating area is provided by an outside and/or an inside of the chamber wall.
  • the compensation coil in particular its conductor, is arranged at least in sections on the outside and/or the inside of the chamber wall.
  • the at least one turn of the conductor is routed along the wall of the chamber.
  • the receiving area or the section for receiving the compensation coil, in particular the conductor is provided by a recess extending at least in sections in the chamber wall.
  • the recess can be provided, for example, as a type of ditch or indentation in the outside and/or inside of the chamber wall.
  • the conductor or the Compensation coil can be sunk in sections or completely in the recess.
  • the recess is preferably designed as a hollow space in the chamber wall.
  • there is a type of closed recess for example a type of tube, into which the conductor or the compensation coil can be pushed in sections or completely.
  • the first compensation coil, in particular the conductor can be connected directly to the chamber, for example by placing the conductor on the chamber wall and/or inserting it into the chamber wall.
  • the first compensation coil in particular the conductor, can also be connected indirectly to the chamber, for example via a frame on which the conductor is unwound to provide the turns.
  • the at least one further compensation coil in the center direction Mz can be arranged outside the chamber.
  • Vibration isolation means that the disruptive movements or vibrations that affect the system should be counteracted. Ideally, the movement or vibration is compensated. This is preferably done in all six degrees of freedom of movement. Therefore, this is often referred to as vibration compensation.
  • a vibration isolation system with at least one vibration-insulated mounted device for imaging and/or analyzing a sample with high resolution by means of electrically charged particles according to the present invention thus also lies within the scope of the present invention.
  • a passive vibration isolation system is characterized by a "simple" mounting with the lowest possible mechanical stiffness in order to reduce the transmission of external vibrations to the load to be isolated.
  • An air bearing and a polymer spring element for mounting are two examples of a passive vibration isolation system.
  • active vibration isolation is characterized in that the vibration is actively compensated.
  • a movement induced by a vibration is compensated by a corresponding counter-movement.
  • an acceleration of the mass induced by a vibration is opposed by an acceleration of the same amount, but with the opposite sign.
  • the resultant total acceleration of the load is zero.
  • the load remains at rest or in the desired position.
  • Active vibration isolation systems therefore have, optionally together with a bearing with the lowest possible mechanical rigidity, an additional control system that includes a control device as well as sensors and actuators with which vibrations penetrating the system from outside are counteracted in a targeted manner.
  • the sensors record movements of the load to be stored. Compensation signals are generated via the control device, with which the actuators are controlled and thus compensation movements are generated.
  • hybrid control systems There is the possibility of using digital or analog control systems or both together, so-called hybrid control systems.
  • the invention also includes a method for imaging and/or analyzing and/or processing a sample with high resolution using electrically charged particles, in particular using an electron beam, with a device for imaging and/or analyzing a sample with high resolution using electrically charged particles is used according to the invention.
  • the method provides that electrically charged particles can be provided by a device for guiding the electrically charged particles along a central direction Mz towards the chamber and can be guided onto a sample arranged in a chamber, with a sample arranged in the chamber in operation can be applied to the electrically charged particles.
  • a device for compensating for a magnetic interference field and for forming a preferably elongated compensation volume is preferably arranged in such a way that the greatest extension runs parallel to the central direction Mz.
  • the chamber is preferably arranged at least partially within the compensation volume.
  • the device for compensating for a magnetic interference field can include at least four compensating coils, each of which is provided by at least one turn of a conductor, and at least two compensating coils are arranged next to one another along the central axis Mz or are assigned to it.
  • an existing magnetic interference field can be reduced within the compensation volume.
  • the compensation volume can therefore include both the area with the sample arranged in the chamber and, at least in sections, the area through which the supplied electrically charged particles pass.
  • These sections can advantageously include, for example, the focusing and/or filtering of the electrically charged particles before they hit the sample, so that an interference field can also be compensated for in these areas.
  • the method according to the invention can be carried out in particular by means of the above-mentioned device according to the invention.
  • the device according to the invention is designed in particular to carry out the method according to the invention.
  • the device according to the invention in particular in connection with a scanning or transmission electron microscope, to have a resolution of up to 100 ⁇ m, preferably up to 60 ⁇ m and particularly preferably up to 50 ⁇ m or even up to 40 ⁇ m deliver.
  • the samples can have structural elevations in the central direction Mz in a range from 1 nm up to several micrometers, preferably up to at least 3 ⁇ m or more.
  • the device according to the invention and the method according to the invention for magnetic field compensation can be used in particular on or in connection with scanning and/or transmission electron microscopes (SEM or TEM).
  • the device can also be integrated into existing control concepts, or the known control concepts can be expanded.
  • the device can be provided in modular form or as a module or in individual modules and can be easily assembled on site.
  • magnetic field compensation for larger scanning and/or transmission electron microscopes with a large overall height or high structures, and which can be 1 m or more, or 2 m or more or even 3 m or even higher . Significantly smaller rooms can be used than was previously the case.
  • conventional devices for magnetic field compensation require large or even very large spaces for accommodating the devices for magnetic field compensation, for example for a transmission electron microscope with a height of 2 m, an approximately 8 m large cage which accommodates the coils. This means that special premises, for example suitable halls, must be made available for such microscopes, which significantly reduces the possibilities for installation.
  • Fig. La, 1b coils according to the state of an arrangement of Ko mpensations
  • Fig. 2 shows the gradient of the magnetic field in the center direction Mz for the
  • FIG. 3 shows an inventive arrangement of compensation coils according to an embodiment with a total of four pairs of compensation coils
  • Fig. 4 shows the gradient of the magnetic field in the center direction Mz for the
  • FIG. 6a schematically an exemplary scanning electron microscope in a cross section (FIG. 6a), the associated beam guidance (FIG. 6b).
  • FIG. 6a schematically an exemplary scanning electron microscope in a cross section
  • FIG. 6b schematically an exemplary beam guidance
  • Figures la, 1b show an arrangement of compensation coils and a device 31 for magnetic field compensation according to the prior art.
  • 1a shows the spatial directions X, Y and Z for clarification purposes using the example of a cuboid cage 50, which allows coils to be arranged in a Helmholtz configuration, for example in the area of the respective side surfaces 51, in a simple manner.
  • the cage 50 has an extent of 200 ⁇ 200 cm in the X and Y direction and a height of 300 cm.
  • FIG. 2 shows the gradient of the magnetic flux density in the spatial direction Z using the example of the cage 50 from the exemplary embodiment in FIG. 1b.
  • the magnitude of the magnetic flux density is shown using a gradient 20 along the central axis perpendicular to the area spanned by the spatial directions X and Y along the height of the cage 50.
  • the illustration shows that with the help of the compensation coils according to the coil arrangement in Fig. 1b, the magnetic field can be compensated very well in the area of the center or in a middle area, whereas in the outer area or in the vicinity of the compensation coils the Magnetic field has a larger gradient.
  • the graphic shows that the extent of the compensation volume with a magnetic flux density of, for example, 0.2 pT or less in the spatial direction Z is less than 1 m. For devices with an overall height of, for example, 2 m, only a maximum compensation of about 1 pT can be made available in the spatial direction Z, which can be too high for particularly sensitive devices.
  • the gradient 21 in the lower representation which indicates the reduction in %, shows that over an extension of about 2 m not only a compensation between 0 and up to almost 100% can be achieved with the arrangement from Fig. 1b, but that there can also be overcompensation, particularly in the edge areas, which intensifies the existing interference field.
  • the area in which a compensation of almost 100% can be achieved and which is thus virtually interference-free with regard to the magnetic field is very small in extent in the spatial direction Z and is only a few centimeters.
  • FIG. 3 shows an inventive arrangement of compensation coils according to a particularly preferred device 30 for compensating for a magnetic interference field with a total of four pairs of compensation coils.
  • a particularly preferred device 30 for compensating for a magnetic interference field with a total of four pairs of compensation coils.
  • arrangements are also possible and conceivable which, for example, provide only one compensation coil on one axis instead of one or all pairs of compensation coils, or only two compensation coils along the central axis Mz.
  • Symmetrical structures as in the present case, however, enable the formation of a comparatively larger, more homogeneous compensation volume.
  • the four compensation coil pairs are each provided in a Helmholtz-like arrangement in a cage 60, with one compensation coil pair each being arranged in spatial direction X and Y, and two compensation coil pairs next to one another in spatial direction Z.
  • the spatial direction Z corresponds to the central axis Mz of this device, which is included in this illustration for the sake of illustration .
  • the device is not shown in this illustration.
  • the arrangement shown of the device 30 for compensating for a magnetic interference field defines a cuboid cage 60, which defines a spatial volume with a square base area, which is defined by the two edges 62 parallel to the spatial directions X and Y and the edge 61, which is assigned to the spatial direction Z and in the example represents the longest edge.
  • the interference field compensation can take place within the spatial volume defined by the cage 60 .
  • the base area of the cage i.e. the length of the edges is 62.2 m x 2 m and the height, i.e. the length of the edge 61.3 m.
  • the greatest edge length, and therefore the height is at least 1 .1 times the length of an edge 62 of the base, so that the cage is parallelepipedal rather than cube-shaped.
  • the preferably elongate compensation volume can be formed with an elongate extension along the central axis Mz, which thus particularly favorably also at least partially includes the path of the electrically charged particles supplied during operation along this direction.
  • a ratio of the edge length of a base area of the cage to the longest edge 61 can be between 1.1 times and up to three times or even more, for example 3.5 times or four times. lying, which means that with a base area of 2 m x 2 m, a height of 6 m, 7 m or 8 m is possible. However, this also means that a sufficiently large space must be made available.
  • the gradient 80, 81 of the magnetic field in the spatial direction Z or along the central axis Mz of the device for the arrangement of FIG. 3 is shown in FIG represent the state of the art, are indicated with.
  • the gradients 80, 81 therefore show the reduction in the magnetic flux density that can be achieved with the device 30 according to the invention for compensating for a magnetic interference field with regard to the intensity of the reduction and the spatial expansion in the spatial direction Z.
  • the underlying arrangements of the compensation coils are according to FIGS. 1 and 3 the same in terms of dimensions. In other words, the size of the cages 50, 60 is the same.
  • the upper graphic illustrates the magnetic flux density in T that is present along the central axis Mz of the compensation volume during operation;
  • the graphic below shows the degree of reduction in the magnetic flux density in percent, also along the central axis Mz.
  • the gradient 80 shows the size of the magnetic flux density along the central axis Mz or in the spatial direction Z, and the gradient 81 shows the degree of the reduction in the magnetic flux density.
  • the compensation volume can reduce an existing interference field, ie the magnetic flux density, by at least 90%.
  • the gradient 21 results in a length LI, which shows the expansion of the compensation field along the spatial direction Z with this arrangement of the compensation coils, and for which the reduction is 90%.
  • the length LI is about 0.7 m.
  • the length given as L2 shows the expansion of the compensation field along the spatial direction Z in the arrangement of the compensation coils according to the invention, which results from the gradient 82 .
  • the length L2 is about 1.8 m in this example.
  • the positions of the sensitive locations of the device are also drawn in in FIG. 4 and marked with A for the emitter, B for the sample holder and C for the detector.
  • the distances between these sensitive locations for the basis of this example also result from the representation lying device for imaging and / or analyzing a sample with high resolution by means of electrically charged particles in relation to the compensation volume.
  • the distance between the emitter and the sample holder is approximately 0.5 m and the distance between the sample holder and the detector is approximately 0.6 m.
  • the distance between the emitter and the sample holder and/or the distance between the sample holder and the detector can be 0.1 m or more, 0.2 m or more, in particular 0.5 m or more, 1 m or more or even 1.5 m or more. Accordingly, the distance between emitter and detector can also be 1 m or more, preferably 1.5 m or more, particularly preferably 2 m or more.
  • the magnetic flux density at the location of the emitter and/or the sample holder and/or the detector is 0.2 pT or less, preferably 0.1 pT or less and particularly preferably 0.05 pT or less , 0.02 pT or less or even 0.01 pT or less.
  • the magnetic flux density is approximately 0.15 pT at the location of the emitter and the detector and approximately 0.10 pT at the location of the sample holder.
  • the difference in the size of the magnetic flux density at at least two, preferably three, sensitive locations comprising the emitter, the sample receptacle and/or the detector is approximately 0.05 pT in the exemplary embodiment, with other configurations having even lower differences, approximately 0.01 pT or less, are realizable.
  • Device 30 can be operated to compensate for a magnetic interference field with the same compensation options.
  • 5 shows the course and the strength of the magnetic compensation field for the inventive arrangement of compensation coils according to FIG. 3.
  • the inventive arrangement of the compensation coils makes it possible to provide an approximately cuboid compensation volume with very high homogeneity.
  • the base area of the compensation volume is approximately 0.8 m ⁇ 0.8 m; the extension in spatial direction Z is about 2.8 m.
  • FIGS. 6a and 6b schematically show an exemplary scanning electron microscope in a cross section (FIG. 6a) and the associated beam guidance (FIG. 6b).
  • FIG. 6a shows the cross section of the scanning electron microscope 10.
  • FIG. 6b shows an associated beam guidance of the electrons 1.
  • the function is only briefly outlined:
  • the electrons 1 as electrically charged particles are generated by means of an electron gun 11.
  • the electrons 1 are guided onto the sample 90 by applying an extraction voltage and an acceleration voltage.
  • a large number of focusing devices and/or deflection devices and/or diaphragms are arranged in the course of the beam in order to be able to set the trajectory and/or the beam shape of the electrons 1 and/or the imaging properties accordingly.
  • a first aperture 12 for beam monitoring, a condenser lens 13, a first and a second deflection device 15 and 16, in particular for scanning the sample 90, an objective lens 17 and an objective aperture 18 as the last aperture in front of the sample 30, which is preferably movable, are provided for this purpose is arranged for scanning the sample 90.
  • a valve 14 is also arranged in the beam path.
  • the sample 90 is arranged in a chamber 19 on or on a sample holder 23 .
  • the position of the sample 90 or the sample holder 23 relative to the electron beam 1 can be changed by a manipulator 24, for example.
  • the device 100 comprises the electron microscope 10 and the chamber 19. A vacuum is applied inside the scanning electron microscope 10 and inside the chamber 19, respectively.
  • the electrons 1 hit the sample 90 and release secondary electrons there. These allow conclusions to be drawn about the properties of the sample 90 to be examined. By scanning the sample 90, it can be examined point by point. For example, the backscattered electrons can be detected by a detector (not shown) and then examined.
  • two compensation coils 41, 42 arranged next to one another in spatial direction Z are shown in the illustration. These two coils 41, 42 together form a pair of compensation coils in order to compensate for a magnetic interference field, here in the X-Z plane of the drawing.
  • a compensation coil pair is preferably also provided for each of the two spatial directions X and Y.
  • a bucking coil 41, 42 is provided by at least one turn of a conductor.
  • the compensation coils 41, 42 are part of a system 40 for magnetic field compensation.
  • the system 40 is in turn a component of the device 100.
  • the compensation coils 41, 42 extend here over the entire device 100. Accordingly, the entire spatial volume covered by the compensation coils 41, 42 is made virtually field-free by destructive interference.
  • the compensation volume generated by the compensation coils 41, 42 is essentially only provided in the volume between the objective lens 17 or the aperture 18 and an upper side of the sample 30 on which the electron beam 1 occurs.
  • the provided compensation volume includes both the interaction area of the electron beam 1 with the sample 90, as well as Trajectory of the electrons 1 on the way from the device for providing electrically charged particles, i.e. the scanning electron microscope 10 in the exemplary embodiment.
  • the system 40 according to the invention for magnetic field compensation is further characterized in the exemplary embodiment in that the inner coils 44 of the compensation coil pair that are adjacent to one another are designed differently in comparison to the outer coils 45 . It has proven to be advantageous here if the outer coils 45 have a larger current flowing through them than the inner, adjacent coils 44.
  • the inner coils 44 are provided with a smaller number of turns compared to the number of turns of the outer coils 45 . Accordingly, the number of turns Ni of the inner coils 44 is lower in comparison to the number of turns Na of the outer coils 45, i.e. it comprises at least one turn less.
  • the device 30 for compensating for a magnetic interference field also includes a device for measuring the magnetic flux density, ie for detecting or measuring a magnetic interference field.
  • a device for measuring the magnetic flux density ie for detecting or measuring a magnetic interference field.
  • two such devices 24 for measuring the magnetic flux density are provided and drawn in schematically, with one of the two devices 24 being located in the area of the sample 90 and a further one further away from this, in particular in the area of the path of the electrically charged particles supplied during operation.
  • the device 24 for measuring the magnetic flux density comprises at least one sensor, which can be used as a magnetic field sensor or fluxgate magnetometer or
  • Saturation core magnetometer can be formed.
  • the device 24 arranged in the area of the sample 90 is designed to be suitable for vacuum.
  • a power supply for the compensation coils and a device for controlling and/or regulating the current in the compensation coils as a function of the detected or measured magnetic interference field are provided (not shown).
  • a current can be switched individually for each compensation coil or for each conductor, which current can be in a range between 1 and 3 A, for example, so that the desired compensation field can be generated.
  • At least one device for controlling the compensation coils is advantageously provided, preferably based on the measurement of the magnetic flux density, with each individual compensation coil of the compensation coil pair or the compensation coil pair for magnetic field compensation being controllable by the control device.
  • measurements to determine the interference field that is present that is to say to determine the magnetic radiation that is present, for example geomagnetic fields, can be carried out in order to calibrate the device 30 before it is put into operation or before it is operated.
  • the device makes it possible during operation to provide a compensated magnetic flux density within the compensation volume in at least one spatial direction which is less than 1 pT, preferably less than 0.8 pT and particularly preferably less than 0.6 pT, less than 0.4 ⁇ T and in particular 0.2 ⁇ T or less.
  • this spatial direction is the spatial direction Z.
  • the compensation volume can have an extent of at least 0.5 m, preferably at least 1 m and particularly preferably at least 1.5 m or even more in spatial direction Z, with magnetic fields being able to be suppressed by 90% or more.
  • the extent in a plane orthogonal thereto is at least 0.2 ⁇ 0.2 m, preferably at least 0.3 ⁇ 0.3 m, particularly preferably at least 0.4 m ⁇ 0.4 m, at least 0.5 m ⁇ 0.5 m or above.
  • the homogeneous compensation volume with a magnetic flux density reduced by 90% or more is within this cuboid spatial volume.
  • the invention thus also provides a method for imaging and/or analyzing and/or processing a sample with high resolution using electrically charged particles, in particular using an electron beam, with a device 100 for imaging and/or analyzing a sample with high resolution using electrically charged particles is used according to the invention.
  • the method provides that electrically charged particles can be provided by a device for guiding the electrically charged particles 1 along a central direction Mz in the direction of the chamber 19 and can be guided onto a sample 90 arranged in a chamber 19, with a sample 90 being arranged in the chamber 19 arranged sample 90 can be applied during operation with the electrically charged particles.
  • the chamber 19 is arranged within the compensation volume.
  • the method according to the invention can be carried out using the device 100 according to the invention above.
  • the device 100 according to the invention is designed in particular to carry out the method according to the invention.
  • the device 100 in particular in connection with a scanning or transmission electron microscope as shown in Fig. 6a or 6b, a resolution of up to 100 ⁇ m, preferably up to 60 ⁇ m and particularly preferably up to 50 pm or even up to 40 pm.
  • the samples can have structural elevations in the central direction Mz in a range from 1 nm up to several micrometers, preferably up to at least 3 ⁇ m or more.
  • the device 100 according to the invention and the method according to the invention for magnetic field compensation can be used in particular on or in connection with scanning and/or transmission electron microscopes (SEM or TEM).
  • SEM scanning and/or transmission electron microscopes
  • the device can also be integrated into existing control concepts, or the known control concepts can be expanded.
  • the device 100 can be provided in modular form or as a module or in individual modules and can be easily assembled on site.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbilden und/oder Analysieren und/oder Bearbeiten einer Probe mittels elektrisch geladener Teilchen, beispielsweise mit einem Transmissions- oder Rasterelektronenmikroskop. Hierbei soll der Einfluss von magnetischen Feldern reduziert werden. Hierzu wird eine Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen, insbesondere mittels Elektronenstrahl, vorgeschlagen, umfassend eine Einrichtung zum Bereitstellen von elektrisch geladenen Teilchen, eine Kammer mit Mitteln zur Aufnahme und Halterung der Probe, eine Einrichtung zum Führen der elektrisch geladenen Teilchen entlang einer Mittenachse MZ in Richtung auf die Kammer, und einen Detektor. Eine in der Kammer angeordnete Probe kann im Betrieb mit den elektrisch geladenen Teilchen beaufschlagt werden. Ferner ist eine Einrichtung zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes und zur Ausbildung eines vorzugsweise länglichen Kompensationsvolumens mit einer größten Ausdehnung entlang der Mittenachse MZ vorgesehen, wobei im Betrieb ein vorhandenes magnetisches Störfeld innerhalb des Kompensationsvolumens reduziert werden kann.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Analysieren einer Probe mittels elektrisch geladener Teilchen
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbilden und/oder Analysieren und/oder Bearbeiten einer Probe mittels elektrisch geladener Teilchen, beispielsweise mit einem Transmissions- oder Rasterelektronenmikroskop. Hierbei soll der Einfluss von magnetischen Feldern reduziert werden.
Magnetfeldkompensationen nach dem Feedback-Control-Prinzip sind bekannt. Dabei wird ein kleines Raumvolumen, das vorliegend auch als Kompensationsvolumen bezeichnet wird, durch destruktive Interferenz quasi oder im Wesentlichen feldfrei gemacht. Zu diesem Zweck nimmt ein Feedback-Sensor das magnetische Störfeld, zum Beispiel das Erdmagnetfeld, in der Nähe des zu schützenden Objekts auf und leitet dieses Signal an eine Steuereinheit. Basierend auf den Sensorsignalen errechnet die Steuereinheit einen Kompensationsstrom, welcher auf die Kompensationsspulen geleitet wird. Diese erzeugen dann ein Magnetfeld, welches sich im Idealfall mit dem Störfeld destruktiv derart überlagert, dass die Amplitude der Störung minimiert ist oder zumindest wesentlich reduziert ist.
Insbesondere Geräte, die mit beschleunigten Elektronen arbeiten, beispielsweise Raster- und/oder Transmissions-elektronenmikroskope, leiden unter elektromagnetischen Störungen, weil sie direkt die Flugbahn der zur Bildgebung benötigten Elektronen und damit die Qualität der Ergebnisse negativ beeinflussen können.
Typische Installationen für solche Geräte beinhalten einen großvolumigen Kompensationsaufbau in Form einer Spulenanordnung, welche häufig einen würfelöder quaderförmigen Bereich definiert, in welchem ein möglichst homogenes Kompensationsfeld vorliegt. Im Inneren dieses Kompensationsfeldes wird dann das Gerät platziert. Derartige Kompensationsaufbauten sind zum einen sehr voluminös, zum anderen aber auch sehr unflexibel. Häufig müssen sie an die räumlichen Bedingungen vor Ort angepasst und aufwendig montiert werden, damit die Geräte dann in dem Aufbau angeordnet werden können. Die Größe des Verfügbaren Raumes begrenzt demnach auch die Größe des Gerätes.
Eine kompaktere Anordnung wird in dem Dokument EP 2 544 214 Bl der Anmelderin beschrieben. Bestimmte Ausführungsformen sehen dabei vor, zwei Spulen um einen Raum herum anzuordnen, um in dessen Inneren ein vorhandenes Magnetfeld zu kompensieren. Das beschriebene System zur Magnetfeldkompensation ist derart angeordnet, dass ein Kompensationsvolumen hauptsächlich in dem sensitiven Punkt des Messsystems ausgebildet werden kann. Das Kompensationsvolumen betrifft daher nur ein sehr kleines Raumvolumen.
Andere Ausführungsformen sehen vor, anstatt eines Spulenpaars pro Raumrichtung jeweils nur eine Einfachspule pro Raumrichtung bzw. pro Achse vorzusehen. Das Kompensationsfeld ist dann deutlich inhomogener, reicht für bestimmte Anwendungen jedoch bereits aus und spart drei Spulenkonstruktionen ein.
Diesen Anordnungen zur Magnetfeldkompensation ist gemein, dass nur ein sehr begrenztes Raumvolumen zur Verfügung gestellt werden kann, welches über eine gewisse Magnetfeldkompensation verfügt. Eine Magnetfeldkompensation ist damit, wenn überhaupt, nur in einem sehr eng umgrenzten, im Wesentlichen punktförmigen Raumvolumen mit wenigen Millimetern Abmessung möglich.
Somit nimmt die erzielbare Magnetfeldkompensation schon direkt im Bereich oder Umfeld der Probe oder zumindest außerhalb dieses sehr kleinen Raumvolumens, deutlich ab, so dass die elektromagnetischen Störungen rasch zunehmen und die Flugbahn der Elektronen auf dem Weg zu der Probe verändert werden, womit letztendlich die Qualität der Messergebnisse leidet.
Diese geringe Ausdehnung des Raumvolumens mit einer hinreichenden Magnetfeldkompensation ist auch vor dem Hintergrund größerer Geräte ungünstig, da Raster- und/oder Transmissionselektronenmikroskope im Hinblick auf eine höhere Genauigkeit immer häufiger über längere bzw. höhere Aufbauten verfügen.
Damit wächst der Bedarf nach einer einfach in das Gerät oder die Umgebung zu integrierenden, flexiblen Magnetfeldkompensation, welche zugleich aber auch ein größeres Raumvolumen mit einer hinreichenden Magnetfeldkompensation zur Verfügung stellt.
Die Erfinder haben sich daher der Aufgabe angenommen, diese Nachteile des Standes der Technik zumindest zu vermindern.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe zur Verfügung zu stellen, wobei über einen größeren Bereich oder Raumvolumen eine möglichst gute Magnetfeldkompensation ermöglicht werden kann.
Dabei soll zumindest entlang einer vorgegebenen Raumrichtung über eine möglichst große Distanz eine möglichst gute Magnetfeldkompensation erreicht werden, ohne dass ein großvolumiger Kompensationsaufbau erforderlich wird.
Die Vorrichtung und das Verfahren zur Magnetfeldkompensation sollen dabei insbesondere an oder in Verbindung mit Raster- und/oder Transmissionselektronenmikroskopen (REM bzw. TEM) verwendet werden können.
Dabei soll es auch möglich sein, die Erfindung in bereits bestehende Regelungskonzepte integrieren zu können bzw. die bekannten Regelungskonzepte erweitern zu können. Insbesondere soll hierbei Rücksicht genommen werden auf die besonderen Bedingungen bei der Bedienbarkeit der Geräte und auf die gerätespezifischen Eigenschaften.
Die Vorrichtung und das Verfahren zur Magnetfeldkompensation sollen dabei möglichst gut und mit geringem Aufwand in die entsprechenden Vorrichtungen zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe implementiert oder integriert werden können, insbesondere in oder an Raster- und/oder Transmissionselektronenmikroskopen und bevorzugt auch in oder an solche, welche über höhere Aufbauten verfügen, etwa über 1 m, über 2 m oder sogar über 3 m.
Überraschend einfach wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbilden und/oder Analysieren und/oder Bearbeiten einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen nach einem der unabhängigen Ansprüche.
Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren und/oder Bearbeiten einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen, insbesondere mittels Elektronenstrahl, umfassend eine Einrichtung zum Bereitstellen von elektrisch geladenen Teilchen, eine Kammer mit Mitteln zur Aufnahme und Halterung der Probe, eine Einrichtung zum Führen der elektrisch geladenen Teilchen entlang einer Mittenachse Mz in Richtung auf die Kammer, und einen Detektor, wobei eine in der Kammer angeordnete Probe im Betrieb mit den elektrisch geladenen Teilchen beaufschlagt werden kann, sowie eine Einrichtung zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes und zur Ausbildung eines vorzugsweise länglichen Kompensationsvolumens mit einer Ausdehnung entlang der Mittenachse Mz, wobei die Kammer vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb des Kompensationsvolumens angeordnet ist, umfassend zumindest zwei Kompensationsspulen, welche jeweils durch wenigstens eine Windung eines Leiters bereitgestellt sind, und wobei zumindest zwei Kompensationsspulen nebeneinander entlang der Mittenachse Mz angeordnet oder dieser zugeordnet sind, und wobei im Betrieb ein vorhandenes magnetisches Störfeld innerhalb des Kompensationsvolumens reduziert werden kann.
Durch die Vorrichtung kann eine in der Kammer angeordnete Probe im Betrieb mit den elektrisch geladenen Teilchen beaufschlagt werden im Wesentlichen ohne Störung durch ein ursprünglich dort vorhandenes Magnetfeld. Auf diese Weise kann die Messung weitgehend oder vollständig ohne Beeinflussung magnetischer Störfelder erfolgen, so dass eine Probe unabhängig von am Ort der Messung vorhandenen Magnetfeldern abgebildet, analysiert und/oder bearbeitet werden kann.
Das Kompensationsvolumen kann dabei von Vorteil von länglicher Form sein mit einer größten Ausdehnung entlang der Richtung der Mittenachse Mz der Vorrichtung. Diese Anordnung ermöglicht es, ein am Aufstellort der Vorrichtung vorhandenes magnetisches Störfeld in einem dreidimensionalen Raumvolumen zu kompensieren, wobei das Störfeld sowohl in der horizontalen Ebene als auch entlang der Vertikalen kompensiert werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe kann dabei im Betrieb stehend angeordnet sein, wie es bei beispielsweise Transmissionselektronenmikroskopen häufig der Fall ein kann, aber auch liegend.
Es wird angenommen, dass eine horizontale Ebene durch die Raumrichtungen X und Y definiert wird, und die Senkrechte bzw. Orthogonale hierzu als Raumrichtung Z bezeichnet wird. Bei einer stehenden Anordnung der Vorrichtung entspricht die Mittenachse Mzder Vorrichtung damit der Raumrichtung Z, und die Richtungen bzw. die Koordinaten X und Y der Vorrichtung entsprechen den Raumrichtungen X und Y. Im Betrieb können sich die elektrisch geladenen Teilchen entlang der Mittenachse Mz der Vorrichtung bewegen, welche demnach bei einer stehenden Anordnung parallel zu der Raumrichtung Z angeordnet ist.
Die größte Ausdehnung des Kompensationsvolumens entlang der Richtung der Mittenachse Mzder Vorrichtung ermöglicht es, dass im Betrieb der Vorrichtung ein möglichst langer Weg der elektrisch geladenen Teilchen durch das Kompensationsvolumen führt. Dies meint insbesondere den Weg von der Einrichtung zum Bereitstellen von elektrisch geladenen Teilchen bzw. der Einrichtung zum Führen der elektrisch geladenen Teilchen, nachfolgend vereinfachend auch als Emitter bezeichnet, über den Ort der Aufnahme der Probe, nachfolgend auch als Probeaufnahme bezeichnet, bis hin zum Detektor, welcher zur Detektion der elektrisch geladenen Teilchen ausgebildet ist. Hierzu ist vorgesehen, dass zumindest zwei Kompensationsspulen nebeneinander entlang der Mittenachse Mz angeordnet bzw. dieser zugeordnet sind.
Neben diesen zumindest zwei entlang der Mittenachse Mz angeordneten Kompensationsspulen sind in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zumindest zwei weitere Kompensations spulen vorgesehen, welche den Koordinaten X und Y der Vorrichtung zugeordnet sein können. Die diesen zumindest zwei weiteren Kompensationsspulen zugeordneten Achsen Mx und My entsprechen damit bei einer stehenden Anordnung den Raumrichtungen X und Y. Die diesen Achsen zugeordneten Kompensationsspulen stehen demnach orthogonal zu den zumindest zwei Kompensationsspulen, welche der Mittenrichtug Mz zugeordnet sind.
Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb des Kompensationsvolumens ein vorhandenes magnetisches Störfeld in allen Raumrichtungen X, Y und Z zu kompensieren. Den beiden Raumrichtungen X und Y können dabei ebenfalls mehrere oder nur eine einzelne Kompensations spule zugeordnet werden.
Durch die Kompensationsspulen kann im Betrieb der Vorrichtung das vorzugsweise längliche Kompensationsvolumen erzeugt werden, wobei ein vorhandenes magnetisches Störfeld, zum Beispiel das am Aufstellort vorherrschende Erdmagnetfeld und/oder Störungen aus der Umgebung, etwa in Verbindung mit einem ausgewählten Aufstellort, und/oder Störungen durch die Vorrichtung selbst, zumindest deutlich oder idealerweise im Wesentlichen vollständig kompensiert werden kann. Das Kompensationsvolumen beschreibt somit ein Raumvolumen eines durch die Kompensationsspulen erzeugten magnetischen Feldes, in welchem ein dort vorhandenes magnetisches Störfeld reduziert ist, vorzugsweise auf eine vorbestimmte maximale Größe der magnetischen Flussdichte.
Hierzu kann von Vorteil das Feedback-Control-Prinzip verwendet werden, wobei ein Raumvolumen durch destruktive Interferenz quasi oder im Wesentlichen feldfrei gemacht werden kann. Hierzu kann ein Kompensationsstrom auf die Kompensationsspulen geleitet werden, welcher dann ein magnetisches Feld erzeugen kann, welches sich im Idealfall mit dem Störfeld destruktiv derart überlagert, dass die Amplitude der Störung minimiert ist oder zumindest wesentlich reduziert ist. Zu diesem Zweck sind Einrichtungen zur Messung der magnetischen Flussdichte vorgesehen, auf welche weiter unten eingegangen wird.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass Ungenauigkeiten der Messung durch eine Ablenkung der elektrisch geladenen Teilchen infolge störender Magnetfelder insgesamt nochmals deutlich reduziert werden können, wenn nicht nur an dem Ort des Auftreffens von elektrisch geladenen Teilchen auf eine Probe, also der Probeaufnahme, sondern auch an dem Ort des Emitters und/oder an dem Ort des Detektors eine Magnetfeldkompensation erfolgt.
Eine möglichst geringe Beeinflussung der Abbildung und Analyse mittels der Vorrichtung kann demnach insbesondere dann erreicht werden, wenn die magnetische Flussdichte an zumindest zwei, vorzugsweise allen drei dieser Orte, welche nachfolgend auch als sensitive Orte bezeichnet werden, zum einen möglichst klein ist und/oder wenn die magnetische Flussdichte an diesen sensitiven Orten möglichst gleich ist.
In anderen Worten, eine besonders hohe Messgenauigkeit der Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen kann dann erreicht werden, wenn die Kompensations spulen derart ausgewählt und angeordnet werden, dass ein magnetisches Feld an vorzugsweise diesen drei sensitiven Orten der Vorrichtung kompensiert werden kann.
Die Konzentration auf diese drei sensitiven Orte ermöglicht es in höchst vorteilhafter Weise, kleinere Kompensationsspulen vorzusehen, als es bei bekannten Anordnungen mit sehr großvolumigen Kompensationsspulen der Fall ist. So kann bereits mit zwei Kompensationsspulen, welche nebeneinander entlang der Mittenachse Mz angeordnet sind, an zumindest zwei, vorzugsweise drei sensitiven Orten eine hinreichend gute Kompensation erzielt werden, wobei diese beiden Kompensations spulen deutlich kleiner ausgebildet sein können als eine große, welche die gesamte Vorrichtung umfasst und für welche ggf. entsprechende Räumlichkeiten zur Aufnahme geschaffen werden müssen.
Die Magnetfeldkompensation konzentriert sich demnach vorwiegend auf zumindest zwei, vorzugsweise die drei sensitiven Orte. Sofern diese kollinear zueinander entlang der Mittenachse Mz liegen, was typischerweise der Fall ist, kann besonders einfach bereits durch zwei ebenfalls entlang der Mittenachse Mz angeordnete Kompensationsspulen zumindest an zwei, vorzugsweise drei sensitiven Orten eine geringe Ablenkung der elektrisch geladenen Teilchen erreicht werden.
Der Abstand zwischen jeweils benachbarten sensitiven Orten kann gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wenigstens 0,1 m oder 0,2 m, insbesondere wenigstens 0,5 m, bevorzugt wenigstens 1 m und besonders bevorzugt wenigstens 1,5 m oder sogar darüber hinaus betragen. Dies bedeutet, dass der Abstand zwischen Emitter und Probeaufnahme und/oder der Abstand zwischen Probeaufnahme und Detektor 0,5 m oder mehr, 1 m oder mehr oder auch 1,5 m oder mehr betragen kann. Damit kann der Abstand der äußeren sensitiven Orte, insbesondere zwischen Emitter und Detektor, 1 m oder mehr, bevorzugt 1,5 m oder mehr, besonders bevorzugt 2 m oder mehr betragen.
Die Ausdehnung in einer Ebene orthogonal hierzu kann dabei in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wenigstens 0,2 m x 0,2 m, bevorzugt wenigstens 0,3 m x 0,3 m, besonders bevorzugt wenigstens 0,4 m x 0,4 m, wenigstens 0,5 m x 0,5 m oder darüber betragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Kompensationsvolumen dabei eine Ausdehnung in Richtung der Mittenachse Mz auf, welche wenigstens dem 1,5-fachen, bevorzugt wenigstens dem zweifachen oder sogar dem 2,5 fachen der Ausdehnung des Kompensationsvolumens in einer Richtung senkrecht hierzu, also in einer der Koordinaten X oder Y, entspricht.
Hierdurch kann im Betrieb besonders günstig ein längliches, annähernd quaderförmiges Kompensationsvolumen ausgebildet werden, welches als homogen im Sinne der Erfindung angesehen werden kann. Die Anordnung der Kompensations spulen in Bezug auf die Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe kann die Ausrichtung des Kompensationsvolumens in Relation zu der Vorrichtung festlegen.
In einer günstigen Anordnung ist vorgesehen, dass eine möglichst lange Wegstrecke der zugeführten elektrisch geladenen Teilchen in dem Kompensationsvolumen liegen kann, so dass im Betrieb ein möglichst großer Teil der Wegstrecke der elektrisch geladenen Teilchen zwischen der Einrichtung zum Bereitstellen von elektrisch geladenen Teilchen und der Probe innerhalb des Kompensationsvolumens liegt.
Wie oben ausgeführt, ist es aber ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, dass insbesondere an den sensitiven Orten eine möglichst hohe Magnetfeldkompensation im Betrieb der Vorrichtung ermöglicht werden kann, so dass die magnetische Flussdichte an zumindest zwei dieser sensitiven Orte möglichst gering ist. Im Wesentlichen sollen also diese sensitiven Orte von äußeren magnetischen Störungen freigehalten werden.
Als Kompensationsvolumen wird im Rahmen der Erfindung ein Raumvolumen verstanden, welches eine geringere magnetische Flussdichte im Vergleich zu der magnetischen Flussdichte des umgebenden magnetischen Störfeldes aufweist. Als geringer soll dabei eine Reduzierung um wenigstens 50 % in Bezug auf das am Aufstellort vorhandene magnetische Störfeld sein, d.h. die Größe der magnetischen Flussdichte soll wenigstens um die Hälfte reduziert sein.
Die Erfindung ermöglichst es, dass mit der Anordnung von zumindest zwei nebeneinanderliegenden Kompensations spulen ein längliches Kompensationsvolumen ausgebildet werden kann, bei dem die magnetische Flussdichte insbesondere am Ort des Emitters, der Probeaufnahme und/oder des Detektors, um wenigstens 90 %, bevorzugt wenigstens 95 % und besonders bevorzugt wenigstens 98 % gegenüber der ohne Kompensation vorherrschenden magnetischen Flussdichte reduziert ist. Dabei können auch über den Zeitverlauf auftretende Änderungen der Magnetfelder kompensiert werden. Hierbei wird von der typischen magnetischen Flussdichte aufgrund des Erdmagnetfeldes ausgegangen, welches aufgrund der Apparatur selbst oder anderer am Aufstellort der Vorrichtung vorhandener Einrichtungen jedoch auch etwas erhöht oder verändert sein kann.
So kann eine Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen zur Verfügung gestellt werden, bei welcher die magnetische Flussdichte im Betrieb an dem Ort des Emitters und/oder der Probenaufnahme und/oder dem Detektor 0,2 pT oder weniger, bevorzugt 0,1 pT oder weniger und besonders bevorzugt 0,05 pT oder weniger, 0,02 pT oder weniger oder sogar 0,01 pT oder weniger beträgt.
In einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung beträgt die Differenz der Größe der magnetischen Flussdichte an zumindest zwei, vorzugsweise drei sensitiven Orten 0,05 pT oder weniger, bevorzugt 0,01 pT oder weniger. Dies bedeutet, dass im Betrieb die magnetische Flussdichte an zumindest zwei, vorzugsweise drei sensitiven Orten nahezu identisch gehalten werden kann, was sich ganz besonders günstig auf die Genauigkeit der Messungen auswirkt.
Die Einrichtung zum Bereitstellen der elektrisch geladenen Teilchen wird in einer bevorzugten Ausführungsform als ein Elektronenmikroskop, z.B. als Rasterelektronenmikroskop und/oder Transmissionselektronenmikroskop, bereitgestellt.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Vorrichtung zum Bereitstellen der elektrisch geladenen Teilchen als ein Litho graphie-Gerät bereitgestellt.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform wird die Vorrichtung als ein Gerät der Magnetresonanztomographie oder Kernspintomographie bereitgestellt. Die Kammer ist vorzugsweise als Vakuumkammer ausgeführt. Diese kann durch seitlichen Wände, einen Boden und einen Deckel begrenzt sein. Die Kammer kann Mittel zum Aufnehmen und/oder Haltern einer Probe umfassen, so zum Beispiel einen Probehalter, auf welchem eine Probe so positionierbar ist, dass diese mittels der durch die Vorrichtung bereitstellbaren Teilchen abgebildet, untersucht und/oder bearbeitet werden kann.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes umfasst demnach in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest vier Kompensationsspulen, wobei diese so in das eigentliche Gerät bzw. die Anordnung, oder auch in der Umgebung der Anordnung, integriert sein können, dass die Bedienbarkeit der Anordnung nicht wesentlich beeinträchtigt ist.
Im Sinne der Erfindung kann nicht nur die Kammer selbst, in der im Betrieb eine Probe aufgenommen sein kann, sondern auch zumindest ein direkt angrenzender, außerhalb der Kammer liegender Bereich als Kompensationsvolumen bezeichnet werden bzw. das Kompensationsvolumen darstellen, sofern die magnetische Flussdichte entsprechend reduziert ist.
Die Erfindung ermöglicht es, mit vergleichsweise geringem anlagentechnischen Aufwand und einer kompakten Ausführung eine längliche Ausdehnung des Kompensationsvolumens mit hinreichender Magnetfeldkompensation zur Verfügung zu stellen, so dass nicht nur die Kammer, sondern auch ein außerhalb der Kammer liegender Bereich mit umfasst sein kann.
Dies ermöglicht es, zumindest abschnittsweise, idealerweise vollständig denjenigen Bereich mit zu umfassen, welchen die elektrisch geladenen Teilchen auf dem Weg von der Einrichtung zum Führen der elektrisch geladenen Teilchen bis zu Probe und idealerweise bis zum Detektor zurücklegen. Das Kompensationsvolumen kann daher in einer vorteilhaften Ausführungsform eine längliche Ausdehnung in derjenigen Raumrichtung aufweisen, welche die Flugbahn der elektrisch geladenen Teilchen zumindest abschnittsweise, idealerweise vollständig einschließt. Auf diese Weise kann besonders günstig der Einfluss eines umgebenden magnetischen Störfeldes entlang der Flugbahn der elektrisch geladenen Teilchen kompensiert werden.
Demnach wird vorgeschlagen, das Kompensationsvolumen nicht nur auf einen einzigen sensitiven Punkt bzw. Bereich, beispielsweise von Raster- und/oder Transmissionselektronenmikroskopen, sog. REM- und/oder TEM-Geräten, zu reduzieren, wie in dem Dokument EP 2 544 214 Bl beschrieben, sondern insbesondere auch zumindest einen angrenzenden Bereich um den sensitiven Punkt von REM/TEM- Geräten herum mit einzubeziehen.
Dies ist besonders günstig, da sich herausgestellt hat, dass zum Beispiel ein Elektronenstrahl nicht nur kurz vor oder nach einer letzten Fokussierung und/oder Filterung vor Auftreffen auf die Probe empfindlich in Bezug auf die Bildqualität beeinflusst werden kann, wenn externe elektromagnetische Störungen einwirken, sondern auch über weitere Streckenanteile zwischen der Einrichtung zum Bereitstellen von elektrisch geladenen Teilchen und dem Auftreffen auf die Probe sowie den Weg von der Probe bis zu dem Detektor.
Die kompakte Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes ermöglicht es, die Kompensationsspulen nicht nur in einem Raum anzuordnen und die Einrichtung zum Bereitstellen von elektrisch geladenen Teilchen, insbesondere REM/TEM- Geräten dann in diesem Raum anzuordnen.
Vielmehr ermöglicht der kompakte Aufbau es auch, die erfindungsgemäße Einrichtung zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes direkt in das REM- oder TEM-Gerät zu integrieren. Dies ist vorteilhaft, da zum einen die gesamte Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung damit deutlich flexibler wird, und beispielsweise ein Wechsel von einem Aufstellort an einen anderen deutlich erleichtert wird.
Ein weiterer großer Vorteil ist darin zu sehen, dass die konkrete Lösung in Bezug auf eine Mikroskop-Bauform konfiguriert und optimiert werden und unabhängig von den Gegebenheiten am Aufstellort funktionieren kann. Damit entfällt auch eine für den Aufstellort der Vorrichtung spezifische Analyse vorhandener Störfelder und eine entsprechende ortsspezifische Anpassung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit unabhängig von dem vorgesehenen Aufstellort gebaut werden und ist demnach flexibel einsetzbar.
Zum anderen führt eine geringere Entfernung der Kompensationsspulen zu der Probe dazu, dass die Qualität der Messungen besser ist, da die Kompensation genauer eingestellt werden kann.
Erfindungsgemäß kann jeder einzelnen Kompensationsspule wenigstens eine weitere Spule, vorzugsweise auf der gleichen Achse, zugeordnet sein. Auf diese Weise kann ein Kompensationsspulenpaar gebildet werden, welches einer Helmholtz-artigen Konfiguration entspricht, und mit welcher sich besonders gut homogene magnetische Felder ausbilden lassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei jeder Koordinate X und Y wenigstens ein Kompensationsspulenpaar zugeordnet. Besonders günstig sind die zumindest zwei der Mittenachse Mz zugeordneten Kompensationsspulen als Kompensationsspulenpaare ausgebildet.
Auf diese Weise kann eine Anordnung mit insgesamt wenigstens vier Kompensationsspulenpaaren zur Verfügung gestellt werden, mit welcher ein magnetisches Störfeld in allen Raumrichtungen X, Y und Z besonders gut kompensierbar ist. Das Kompensationsspulenpaar kann derart angeschlossen und/oder ansteuerbar sein, dass lediglich eine einzelne Kompensations spule des Kompensationsspulenpaars mit Strom versorgt werden kann.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei einer Anordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Kompensationsspulen, insbesondere mit zwei nebeneinander angeordneten Kompensationsspulenpaaren in Mittenrichtug Mz die Steuerung und Regelung zur Kompensation erschwert sein kann. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn beispielsweise durch die Vorrichtung selbst oder die Einrichtung zum Bereitstellen von elektrisch geladenen Teilchen oder die Einrichtung zum Führen der elektrisch geladenen Teilchen im Betrieb ein weiteres Magnetfeld ausgebildet wird, welches ein am Aufstellort vorhandenes Magnetfeld überlagert, so dass in dem zu kompensierenden Volumen ein ungleich starkes Magnetfeld vorherrscht, welches entsprechend zu kompensieren ist.
Zwar ist es möglich, durch eine entsprechende Ansteuerung der einzelnen Kompensationsspulen die Flussdichte an verschiedenen Orten innerhalb des Kompensationsvolumens zu beeinflussen und dadurch zu reduzieren, allerdings kann es, insbesondere in einem Bereich zwischen den beiden in Mittenrichtug Mz angeordneten Kompensationsspulen, rasch zu einer Überkompensation kommen, da die Regelung komplex sein kann.
Mittels einer Messung der vorhandenen magnetischen Flussdichte kann dies zwar festgestellt werden, und die Regelung kann entsprechend angepasst werden, aber auch durch diese Veränderung kann es im Überlappbereich zu einer weiteren Überkompensation kommen, welche wiederum kompensiert werden muss.
Ein Grund hierfür ist, dass der Grad der Kompensation an einem Punkt innerhalb des Kompensationsvolumens von mehreren Spulen unterschiedlich stark beeinflusst werden kann. So kann zwar basierend auf Sensorsignalen ein Kompensationsstrom durch die Steuereinheit errechnet werden, welcher auf die Kompensationsspulen geleitet wird. Das hierbei erzeugte Magnetfeld kann dann aber das Störfeld derart überlagern, dass die Amplitude der Störung nicht nur minimiert ist oder zumindest wesentlich reduziert ist, sondern wieder verstärkt wird. Gerade während einer Messung, welche längere Zeit andauern kann, können somit unerwünschte Störungen auftreten.
Von daher wird vorgeschlagen, die inneren Spulen der Kompensations spulen bzw. des Kompensationsspulenpaars, welche der Mittenrichtug Mz zugeordnet sind, unterschiedlich im Vergleich zu den äußeren Spulen auszubilden. Es hat sich hierbei als günstig herausgestellt, wenn die äußeren Spulen von einem größeren Strom durchflossen werden als die inneren, benachbarten Spulen.
Hierdurch ist es einfacher möglich, die Ausdehnung des Kompensationsvolumens in Mittenrichtug Mz zu maximieren und auch im Betrieb eine in zeitlicher Hinsicht annähernd konstante Kompensation des Störfeldes innerhalb des Kompensationsvolumens zu erreichen.
Dies kann erreicht werden beispielsweise mit einer Ausbildung der inneren Spulen mit einer geringeren Windungsanzahl im Vergleich zu der Windungsanzahl der äußeren Spulen. In anderen Worten, besonders günstig ist es, wenn die Windungsanzahl Ni der inneren Spulen im Vergleich zu der Windungsanzahl Nader äußeren Spulen niedriger ist, d.h. zumindest eine Windung weniger umfasst, so dass betragsmäßig gilt: Na> Ni.
Die unterschiedlichen Windungszahlen werden von Vorteil so angepasst, dass der Gradient des magnetischen Feldes von der Mitte ausgehend minimal wird.
Hierdurch wird erreicht, dass die inneren Spulen einen geringeren Einfluss auf das Kompensationsvolumen ausüben als die äußeren Spulen, so dass das Auftreten von Überkompensation weitgehend vermieden werden kann. Aufgrund der geringeren Windungsanzahl der inneren Spulen werden die innere Spulen von einem geringeren Strom durchflossen als die äußeren Spulen. Bei gleichem Querschnitt der Leiterschleifen der Spulen ist damit der gesamte von Strom durchfließbare Querschnitt geringer bei den inneren Spulen im Vergleich zu den äußeren Spulen, und es wird ein schwächeres Magnetfeld erzeugt.
Im Allgemeinen ist es günstig, wenn der im Betrieb von Strom durchfließbare Querschnitt der zu der inneren Spule gehörenden Leiterschleifen im Vergleich zu dem von Strom durchfließbaren Querschnitt der zu der äußeren Spule gehörenden Leiterschleifen kleiner ist, vorzugsweise um wenigstens 10 % und höchstens um 70 %, bevorzugt wenigstens 15 % und höchstens 65 % und besonders bevorzugt wenigstens 20 % und höchstens 60 %.
Gute Ergebnisse konnten erzielt werden bei beispielsweise einer Windungsanzahl Na = 26 der äußeren Spulen und einer Windungsanzahl Ni = 20 oder Ni = 13 der inneren Spulen, also einer Reduzierung des von Strom durchfließbaren Querschnitts um etwa 20 % oder 50 %. Bei einer zu starken Reduzierung kann es dazu kommen, dass durch die inneren Spulen keine hinreichende Kompensation mehr möglich wird.
Bei dieser Ausführungsform wird zunächst angenommen, dass der Radius bzw. der Querschnitt der Leiterschleifen der inneren und der äußeren Spulen identisch ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, alternativ oder ergänzend den Radius der inneren und der äußeren Kompensationsspulen unterschiedlich auszubilden, wobei vorzugsweise die inneren Spulen einen geringeren Radius aufweisen als die äußeren Spulen. Auch hierdurch kann die Kompensation durch die inneren Spulen verringert werden, so dass die Gefahr einer Überkompensation verringert werden kann.
Zusammenfassend liegt der Kompensation ein zweistufiges Konzept zugrunde, wobei für jede Spule zunächst eine Windungszahl und/oder eine Größe festgelegt wird und dann im Betrieb für jede Spule eine individuelle Regelung und Einstellung des Stromes nach entsprechender Messung erfolgt. Jede Kompensations spule kann dabei unabhängig von den anderen geregelt werden. Die Einrichtung zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes kann dazu wenigstens eine Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte, also zum Erfassen bzw. Messen eines magnetischen Störfeldes, umfassen.
Zumindest eine Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte kann dabei vorzugsweise im Bereich der Kammer, bevorzugt in der Kammer, angeordnet sein. Hiermit ist es möglich, direkt im Wechselwirkungsbereich zwischen den Elektronen und der Probe die magnetische Flussdichte zu erfassen, und die entsprechenden Kompensationsspulen können entsprechend geregelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zumindest zwei derartige Einrichtungen zur Messung der magnetischen Flussdichte, welche beanstandet voneinander entlang der Mittenrichtug Mz angeordnet sein können. Dies ist von Vorteil, da das Kompensationsvolumen eine längliche Ausdehnung in Mittenrichtug Mz aufweisen kann.
Dabei kann in einer Ausführungsform der Erfindung zumindest eine Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte der Kammer zugeordnet bzw. in der Kammer angeordnet sein und eine weitere Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte außerhalb der Kammer, vorzugsweise in einem Bereich zwischen der Einrichtung zum Bereitstellen der elektrisch geladenen Teilchen und der Kammer. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur innerhalb der Kammer ein vorhandenes Störfeld zu messen und zu kompensieren, sondern auch in einem vorgelagerten Bereich, welcher von den Elektronen im Betrieb durchquert wird.
Vorzugsweise sind die Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte in der Nähe der sensitiven Orte angeordnet, also etwa im Bereich des Emitters, der Probeaufnahme und/oder des Detektors. Da auch die Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte ein magnetisches Störfeld erzeugen kann, empfiehlt es sich, die Einrichtung nicht direkt im Bereich der Probe und der Wegstrecke der elektrisch geladenen Teilchen zu platzieren.
Aufgrund der bevorzugt länglichen Ausdehnung des Kompensationsvolumens weisen die zumindest zwei Einrichtungen zur Messung der magnetischen Flussdichte in einer bevorzugten Ausführungsform einen Abstand, vorzugsweise in Mittenrichtug Mz, zueinander auf von wenigstens 0,2 m, bevorzugt wenigstens 0,5 m und besonders bevorzugt wenigstens 1 m, so dass auch bei einer länglichen Ausdehnung des Kompensationsvolumens eine besonders gute Kompensation möglich ist.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die zumindest eine Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte im Bereich der Kompensations spule mit höhere Windungszahl und die zumindest zweite Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte im Bereich der Kompensations spule mit geringerer Windungszahl angeordnet ist. Dies ermöglicht ein noch genaueres Ansteuem der zugehörigen Kompensationsspulen, wodurch eine Überkompensation weiter reduziert werden kann.
Die Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte kann zumindest einen Sensor, vorzugsweise einen Magnetfeldsensor oder Fluxgate-Magnetometer bzw. Saturationskern-Magnetometer, umfassen. Sofern die Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte in der Kammer angeordnet sein soll, bietet sich eine vakuumtaugliche Ausführung an. Vorzugsweise kann die Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte in allen drei Raumrichtungen messen.
Weiterhin sind von Vorteil wenigstens eine Stromversorgung für die Kompensationsspulen und eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Stromes in den Kompensations spulen in Abhängigkeit vom dem erfassten bzw. gemessenen magnetischen Störfeld vorgesehen. Hiermit kann für jede Ko mpensations spule bzw. für jeden Leiter individuell ein Strom geschaltet werden, welcher beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 und 3 A liegen kann, so dass das gewünschte Kompensationsfeld generiert werden kann.
Ferner ist von Vorteil wenigstens eine Einrichtung zur Regelung der Kompensationsspulen vorgesehen, vorzugsweise auf Basis der Messung der magnetischen Flussdichte, wobei jede eine einzelne Kompensations spule des Kompensationsspulenpaars oder das Kompensationsspulenpaar zur Magnetfeldkompensation durch die Einrichtung zur Regelung ansteuerbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die zumindest eine zumindest eine Kompensationsspule in Mittenrichtug Mz zumindest abschnittsweise auf der Außenseite und/oder der Innenseite der Kammerwand angeordnet, wobei hierzu vorzugsweise eine zumindest sich abschnittsweise in der Kammerwand erstreckende Ausnehmung bereitgestellt ist, und wobei die Ausnehmung vorzugsweise als ein Hohlraum in der Kammerwand ausgeführt ist. Dazu kann eine Wand der Kammer zumindest abschnittsweise einen Aufnahmebereich für zumindest einen Abschnitt der Kompensationsspule, insbesondere für zumindest einen Abschnitt des Leiters, bereitstellen bzw. aufweisen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Abschnitt zur Aufnahme des Leiters bzw. der Aufnahmebereich durch eine Außenseite und/oder eine Innenseite der Kammerwand bereitgestellt. Die Kompensationsspule, insbesondere deren Leiter, ist zumindest abschnittsweise auf der Außenseite und/oder der Innenseite der Kammerwand angeordnet. Zum Beispiel wird die wenigstens eine Windung des Leiters entlang der Wand der Kammer verlegt. In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform wird der Aufnahmebereich bzw. der Abschnitt zur Aufnahme der Kompensationsspule, insbesondere des Leiters, durch eine zumindest sich abschnittsweise in der Kammerwand erstreckende Ausnehmung bereitgestellt. Die Ausnehmung kann zum Beispiel als eine Art Graben oder Vertiefung in der Außenseite und/oder der Innenseite der Kammerwand bereitgestellt werden. In dieser Variante der Erfindung liegt eine Art offene Ausnehmung vor, wobei der Leiter bzw. die Kompensationsspule abschnittsweise oder vollständig versenkt in der Ausnehmung liegen kann.
Vorzugsweise wird die Ausnehmung jedoch als ein Hohlraum in der Kammerwand ausgeführt. In der Variante liegt eine Art geschlossene Ausnehmung, zum Beispiel eine Art Röhre, vor, in welcher der Leiter bzw. die Kompensationsspule abschnittsweise oder vollständig eingeschoben werden kann. Die erste Kompensationsspule, insbesondere der Leiter, kann mit der Kammer unmittelbar verbunden sein, zum Beispiel indem der Leiter auf die Kammerwand aufgelegt und/oder in die Kammerwand eingeführt wird.
Die erste Kompensationsspule, insbesondere der Leiter, kann mit der Kammer aber auch mittelbar, zum Beispiel über einen Rahmen, auf welchem der Leiter zum Bereitstellen der Windungen ausgewickelt wird, verbunden sein.
Die zumindest eine weitere Kompensationsspule in Mittenrichtug Mz kann außerhalb der Kammer angeordnet sein.
Um ein möglichst präzises Abbilden, Analysieren und/oder Bearbeiten der Probe zu ermöglichen, wird die Anordnung von Vorteil schwingungsisoliert gelagert. Unter einer Schwingungsisolation wird verstanden, dass den störenden Bewegungen oder Schwingungen, die auf das System einwirken, entgegengewirkt werden soll. Im Idealfall wird die Bewegung oder die Schwingung kompensiert. Dies erfolgt vorzugsweise in allen sechs Freiheitsgraden der Bewegung. Daher wird dies oft auch als Schwingungskompensation bezeichnet. Im Bereich der vorliegenden Erfindung liegt damit auch ein Schwingungsisolationssystem mit wenigstens einer schwingungsisoliert gelagerten Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Es kann als aktives und/oder passives Schwingungsisolationssystem bereitgestellt werden. Ein passives Schwingungsisolationssystem ist gekennzeichnet durch eine ’’einfache” Lagerung mit möglichst geringer mechanischer Steifigkeit, um die Übertragung von externen Schwingungen auf die zu isolierende Last zu reduzieren. Ein Luftlager und ein Polymer-Federelement zum Lagern sind zwei Beispiele für ein passives Schwingungsisolationssystem.
Gegenüber einer passiven Schwingungsisolation, die durch eine Art Dämpfung der Schwingung oder eine Art ’’isolierte” Lagerung der Last gekennzeichnet ist, ist eine aktive Schwingungsisolation dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung aktiv kompensiert wird. Eine Bewegung, welche durch eine Schwingung induziert wird, wird durch eine entsprechende Gegenbewegung kompensiert. Zum Beispiel wird einer durch eine Schwingung induzierten Beschleunigung der Masse eine dem Betrag nach gleich große Beschleunigung, jedoch mit entgegengesetzten Vorzeichen entgegengesetzt. Die resultierende Gesamtbeschleunigung der Last ist gleich Null. Die Last verharrt in Ruhe bzw. der gewünschten Lage.
Aktive Schwingungsisolationssysteme weisen daher, optional zusammen mit einer Lagerung mit möglichst mechanisch geringer Steifigkeit, zusätzlich ein Regelsystem auf, das eine Regeleinrichtung sowie Sensoren und Aktoren umfasst, mit denen gezielt von außen in das System eindringenden Schwingungen entgegengewirkt wird. Die Sensoren erfassen Bewegungen der zu lagernden Last. Über die Regeleinrichtung werden Kompensations Signale generiert, mit welchen die Aktoren angesteuert und so Kompensationsbewegungen generiert werden. Dabei gibt es die Möglichkeit, digitale oder analoge Regelungsstrecken zu verwenden oder aber auch beide zusammen, sogenannte hybride Regelungsstrecken.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Verfahren zum Abbilden und/oder Analysieren und/oder Bearbeiten einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen, insbesondere mittels Elektronenstrahl, wobei eine Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen gemäß der Erfindung verwendet wird. Das Verfahren sieht vor, dass elektrisch geladenen Teilchen von einer Einrichtung zum Führen der elektrisch geladenen Teilchen entlang einer Mittenrichtug Mz in Richtung auf die Kammer bereitgestellt und auf eine in einer Kammer angeordnete Probe geführt werden können, wobei eine in der Kammer angeordnete Probe im Betrieb mit den elektrisch geladenen Teilchen beaufschlagt werden kann.
Im Sinne der Erfindung ist dabei eine Einrichtung zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes und zur Ausbildung eines vorzugsweise länglichen Kompensationsvolumens vorzugsweise derart angeordnet, dass die größte Ausdehnung parallel der Mittenrichtug Mz verläuft.
Die Kammer ist dabei vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb des Kompensationsvolumens angeordnet.
Die Einrichtung zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes kann dabei zumindest vier Kompensationsspulen umfassen, welche jeweils durch wenigstens eine Windung eines Leiters bereitgestellt sind, und wobei zumindest zwei Kompensationsspulen nebeneinander entlang der Mittenachse Mz angeordnet oder dieser zugeordnet sind.
Im Betrieb kann ein vorhandenes magnetisches Störfeld innerhalb des Kompensationsvolumens reduziert werden.
Das Kompensationsvolumen kann demnach in einer bevorzugten Ausführungsform sowohl den Bereich mit der in der Kammer angeordneten Probe, als auch zumindest abschnittsweise denjenigen Bereich, welchen die zugeführten elektrisch geladenen Teilchen durchqueren, umfassen.
Von Vorteil können diese Abschnitte beispielsweise die Fokussierung und/oder Filterung der elektrisch geladenen Teilchen vor Auftreffen auf die Probe umfassen, so dass auch in diesen Bereichen ein Störfeld kompensiert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere ausführbar mittels der oben genannten erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere ausgebildet zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Auf diese Weise ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere in Verbindung mit einem Raster- oder Transmissionselektronenmikroskop, eine Auflösung von bis zu 100 pm, bevorzugt bis zu 60 pm und besonders bevorzugt bis zu 50 pm oder sogar bis zu 40 pm zur Verfügung zu stellen.
Die Proben können dabei Strukturerhöhungen in Mittenrichtug Mz in einem Bereich von 1 nm bis hin zu mehreren Mikrometern, bevorzugt bis zu wenigstens 3 pm oder mehr aufweisen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Magnetfeldkompensation können insbesondere an oder in Verbindung mit Raster- und/oder Transmissionselektronenmikroskopen (REM bzw. TEM) verwendet werden.
Dabei kann die Vorrichtung auch in bereits bestehende Regelungskonzepte integriert werden, oder es können die bekannten Regelungskonzepte erweitert werden.
Auf diese Weise ist eine besonders hohe Flexibilität gegeben. So kann ein flexibler Aufbau ermöglicht werden. Hierzu kann die Vorrichtung modulartig oder als Modul bzw. in Einzelmodulen bereitgestellt und vor Ort einfach zusammengesetzt werden.
So ist es auch möglich, eine Magnetfeldkompensation für größere Raster- und/oder Transmissionselektronenmikroskope mit großer Bauhöhe oder hohen Aufbauten, und welche 1 m oder mehr, oder auch 2 m oder mehr oder sogar 3 m oder noch höher sein können, zur Verfügung zu stellen. Dabei können deutlich kleinere Räume verwendet werden als bisher üblich. Bei herkömmlichen Vorrichtungen zur Magnetfeldkompensation sind dagegen große oder auch sehr große Räume zur Aufnahme der Einrichtungen zur Magnetfeldkompensation erforderlich, beispielsweise für ein Transmissionselektronenmikroskop mit 2 m Bauhöhe ein etwa 8 m großer Käfig, welcher die Spulen aufnimmt. Dies bedeutet, dass für derartige Mikroskope besondere Räumlichkeiten, beispielsweise geeignete Hallen, zur Verfügung gestellt werden müssen, was die Möglichkeiten zur Aufstellung deutlich verkleinert.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele und den angefügten Ansprüchen.
Die Zeichnungen zeigen:
Fig. la, 1b eine Anordnung von Ko mpensations spulen nach dem Stand der
Technik,
Fig. 2 den Gradienten des magnetischen Feldes in Mittenrichtug Mz für die
Anordnung aus den Figuren la, 1b,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung von Kompensationsspulen gemäß einem Ausführungsbeispiel mit insgesamt vier Kompensationsspulenpaaren,
Fig. 4 den Gradienten des magnetischen Feldes in Mittenrichtug Mz für die
Anordnung aus Fig. 3,
Fig. 5 Verlauf und Stärke des magnetischen Kompensationsfeldes für die erfindungsgemäße Anordnung von Kompensationsspulen gemäß Fig. 3,
Fig. 6a, 6b schematisch ein beispielhaftes Rasterelektronenmikroskop in einem Querschnitt (Fig. 6a), die zugehörige Strahlführung (Fig. 6b). Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen bezeichnen um der Klarheit willen gleiche Bezugszeichen im Wesentlichen gleiche Teile in oder an diesen Ausführungsformen. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind die in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht immer maßstabsgerecht gezeichnet.
Die Figuren la, 1b zeigen eine Anordnung von Kompensationsspulen bzw. eine Einrichtung 31 zur Magnetfeldkompensation nach dem Stand der Technik. Fig. la zeigt allein zur Verdeutlichung die Raumrichtungen X, Y und Z am Beispiel eines quaderförmigen Käfigs 50, welcher es in einfacher Weise erlaubt, Spulen in einer Helmholtz-Konfiguration beispielsweise im Bereich der jeweiligen Seitenflächen 51 anzuordnen.
Fig. 1b zeigt diesen Käfig 50, wobei jeder Seitenfläche 51 genau eine Kompensationsspule (“Coil”) zugeordnet ist. In der vorliegenden Fig. 1b sind diese Kompensationsspulen nicht gezeigt. Im vorliegenden Beispiel weist der Käfig 50 eine Ausdehnung in X- und Y-Richtung von 200 x 200 cm auf sowie eine Höhe von 300 cm.
Fig. 2 zeigt den Gradienten der magnetischen Flussdichte in Raumrichtung Z am Beispiel des Käfigs 50 aus dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1b. Dargestellt ist der Betrag der magnetischen Flussdichte anhand eines Gradienten 20 entlang der Mittenachse senkrecht auf der durch die Raumrichtungen X und Y aufgespannten Fläche entlang der Höhe des Käfigs 50.
Aus der Darstellung wird ersichtlich, dass mit Hilfe der Kompensationsspulen gemäß der Spulenanordnung auf Fig. 1b das magnetische Feld etwa im Bereich des Zentrums bzw. in einem mittleren Bereich sehr gut kompensiert werden kann, wohingegen im äußeren Bereich bzw. in der Nähe der Kompensationsspulen das Magnetfeld einen größeren Gradienten aufweist. Aus der Grafik wird ersichtlich, dass die Ausdehnung des Kompensations volumens mit einer magnetischen Flussdichte von beispielsweise 0,2 pT oder weniger in Raumrichtung Z weniger als 1 m beträgt. Für Geräte mit einer Bauhöhe von beispielsweise 2 m kann in Raumrichtung Z nur eine Kompensation von höchstens etwa 1 pT zur Verfügung gestellt werden, was für besonders empfindliche Vorrichtungen zu hoch sein kann. Anhand des Gradienten 21 in der unteren Darstellung, welche die Reduzierung in % angibt, zeigt sich, dass über eine Ausdehnung von etwa 2 m nicht nur eine Kompensation zwischen 0 und bis zu knapp 100 % mit der Anordnung aus Fig. 1b erreicht werden kann, sondern dass es auch, insbesondere in den Randbereichen, zu einer Überkompensation kommen kann, welche das vorhandene Störfeld verstärkt.
Der Bereich, in dem eine Kompensation von knapp 100 % erreicht werden kann und welcher damit einen quasi hinsichtlich des magnetischen Feldes störungsfrei ist, ist in Ausdehnung in Raumrichtung Z sehr gering und beträgt nur wenige Zentimeter.
Daraus ergibt sich, dass aus der Anordnung der Kompensations spulen nach dem Stand der Technik nur ein sehr kleines Raumvolumen bereitgestellt werden kann, in welchem eine tatsächliche Magnetfeldkompensation erfolgt, oder aber dass die Kompensationsspulen sehr groß dimensioniert werden müssen, um eine bessere Magnetfeldkompensation zu erreichen.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung von Kompensationsspulen gemäß einem besonders bevorzugten Einrichtung 30 zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes mit insgesamt vier Kompensationsspulenpaaren. Selbstverständlich sind auch Anordnungen möglich und denkbar, welche beispielsweise anstelle eines oder aller Kompensationsspulenpaare nur eine Kompensationsspule auf einer Achse vorsehen oder nur zwei Kompensationsspulen entlang der Mittenachse Mz. Symmetrische Aufbauten, wie vorliegend, ermöglichen aber die Ausbildung eines im Vergleich größeren, homogeneren Kompensations volumens. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel sind die vier Kompensationsspulenpaare jeweils in einer Helmholtz-artigen Anordnung in einem Käfig 60 vorgesehen, wobei je ein Kompensationsspulenpaar in Raumrichtung X und Y angeordnet ist, und zwei Kompensationsspulenpaare nebeneinander in Raumrichtung Z.
Sofern die Einrichtung 30 zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes in eine Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe integriert ist, welche im Betrieb stehend aufgestellt ist, entspricht die Raumrichtung Z der Mittenachse Mz dieser Vorrichtung, welche der Veranschaulichung halber in diese Darstellung mit eingezeichnet ist. Die Vorrichtung ist in dieser Darstellung nicht abgebildet.
Die gezeigte Anordnung der Einrichtung 30 zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes definiert einen quaderförmigen Käfig 60, welcher ein Raumvolumen vorgibt mit einer quadratischen Grundfläche, welche durch die beiden Kanten 62 parallel zu den Raumrichtungen X und Y sowie die Kante 61, welche der Raumrichtung Z zugeordnet ist und im Beispiel die längste Kante darstellt. Im Betrieb kann innerhalb des durch den Käfig 60 definierten Raumvolumens die Störfeldkompensation stattfinden.
In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel beträgt die Grundfläche des Käfigs, also die Länge der Kanten 62, 2 m x 2 m und die Höhe, also die Länge der Kante 61, 3 m. In günstigen Konfigurationen beträgt die größte Kantenlänge, mithin die Höhe, wenigstens das 1,1 -fache der Länge einer Kante 62 der Grundfläche, so dass der Käfig eher quaderförmig als würfelförmig ausgebildet ist. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass der zugehörigen Mittenachse Mzzwei Spulenpaare zugeordnet sind. Auf diese Weise kann das vorzugsweise längliche Kompensationsvolumen mit einer länglichen Ausdehnung entlang der Mittenachse Mz ausgebildet werden, welches somit besonders günstig auch zumindest abschnittsweise den Weg der im Betrieb zugeführten elektrisch geladenen Teilchen entlang dieser Richtung mit umfasst.
Das Verhältnis der Kantenlänge einer Grundfläche des Käfigs zur längsten Kante 61 für eine Spulenkonfiguration mit zwei nebeneinander angeordneten Spulenpaaren liegt dabei in einem Bereich zwischen dem 1,1-fachen bis hin zum dreifachen, besonders bevorzugt dem zweifachen oder dem 1,5 -fachen wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 gezeigt.
Selbstverständlich ist es auch möglich und denkbar, weitere Kompensationsspulen oder Kompensationsspulenpaare nebeneinander entlang einer Raumrichtung, etwa der Raumrichtung Z, anzuordnen. Auf diese Weise kann ein noch längeres Kompensationsvolumen ausgebildet werden. Hier kann sich aber die Steuerung als komplizierter erweisen, da es im Überlappbereich zwischen benachbarten Spulen auf der gleichen Achse zu Überkompensationen kommen kann, welche durch geeignete Regelstrategien wiederum kompensiert werden müssen.
Bei einer Käfiganordnung mit drei Kompensationsspulen oder Kompensationsspulenpaaren nebeneinander kann ein Verhältnis der Kantenlänge einer Grundfläche des Käfigs zur längsten Kante 61 zwischen dem 1,1 -fach en bis hin zum dreifachen oder sogar darüber hinaus, etwa dem 3,5-fachen oder dem vierfachen, liegen, was bedeutet, dass bei einer Grundfläche von 2 m x 2 m eine Höhe von 6 m, 7 m oder 8 m möglich ist. Dies bedeutet allerdings auch, dass ein genügend großer Raum zur Verfügung gestellt werden muss.
Den Gradienten 80, 81 des magnetischen Feldes in Raumrichtung Z bzw. entlang der Mittenachse Mz der Vorrichtung für die Anordnung aus Fig. 3 zeigt die Fig. 4, wobei zum Vergleich auch die Gradienten 20, 21 aus Fig. 2, welche die Anordnung nach dem Stand der Technik darstellen, mit angegeben sind. Die Gradienten 80, 81 zeigen demnach die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung 30 zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes erreichbare Reduzierung der magnetischen Flussdichte hinsichtlich der Intensität der Reduzierung und der räumlichen Ausdehnung in Raumrichtung Z. Die zugrundeliegenden Anordnungen der Kompensationsspulen gemäß Fig. 1 und Fig. 3 sind hinsichtlich der Abmessungen dabei gleich. In anderen Worten, die Größe der Käfige 50, 60 ist gleich. Die obere Grafik verdeutlicht dabei die im Betrieb entlang der Mittenachse Mzdes Kompensationsvolumens vorhandene magnetische Flussdichte in T; die untere Grafik zeigt den Grad der Reduzierung der magnetischen Flussdichte in Prozent, ebenfalls entlang der Mittenachse Mz. Der Gradient 80 zeigt dabei die Größe der magnetischen Flussdichte entlang der Mittenachse Mz bzw. in Raumrichtung Z, und der Gradient 81 den Grad der Reduzierung der magnetischen Flussdichte.
Im Vergleich zu den Gradienten 20, 21 des magnetischen Feldes für die in Fig. 1 gezeigte Anordnung zeigt diese Darstellung sehr gut, dass eine deutlich stärkere Kompensation möglich wird, und dass sich diese über eine deutlich größere Ausdehnung in der Raumrichtung Z erstreckt.
Den großen Vorteil der Erfindung zeigt das in der unteren Grafik eingefügte Ausführungsbeispiel, bei dem angenommen werden soll, dass das Kompensationsvolumen ein vorhandenes Störfeld, also die magnetische Flussdichte, um wenigstens 90 % reduzieren kann. Aus dem Gradienten 21 ergibt sich in diesem Beispiel eine Länge LI, welche der Ausdehnung des Kompensationsfeldes entlang der Raumrichtung Z bei dieser Anordnung der Kompensationsspulen zeigt, und bei welcher die Reduzierung 90 % beträgt. Die Länge LI beträgt in dem Beispiel etwa 0,7 m. Im Vergleich dazu zeigt die mit L2 angegebene Länge die Ausdehnung des Kompensationsfeldes entlang der Raumrichtung Z bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Kompensationsspulen, welche sich aus dem Gradienten 82 ergibt. Die Länge L2 beträgt in diesem Beispiel etwa 1,8 m. Bei gleichen äußeren Abmessungen der Käfige 50, 60 folgt hieraus, dass ein deutlich längeres Kompensationsvolumen mit gleichem Grad der Kompensation zur Verfügung gestellt werden kann im Vergleich zu der Anordnung aus dem Stand der Technik.
Zur besseren Veranschaulichung sind in der Darstellung der Fig. 4 noch die Positionen der sensitiven Orte der Vorrichtung eingezeichnet und mit A für den Emitter, B für die Probeaufnahme und C für den Detektor gekennzeichnet. Aus der Darstellung ergeben sich somit auch die Abstände dieser sensitiven Orte für die diesem Beispiel zugrunde liegenden Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen in Relation zu dem Kompensationsvolumen. In dem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen Emitter und Probenaufnahme etwa 0,5 m und der Abstand zwischen Probenaufnahme und Detektor etwa 0,6 m.
Im Sinne der Erfindung kann der Abstand zwischen Emitter und Probeaufnahme und/oder der Abstand zwischen Probeaufnahme und Detektor 0,1 m oder mehr, 0,2 m oder mehr insbesondere 0,5 m oder mehr, 1 m oder mehr oder auch 1,5 m oder mehr betragen. Demnach kann auch der Abstand zwischen Emitter und Detektor 1 m oder mehr, bevorzugt 1,5 m oder mehr, besonders bevorzugt 2 m oder mehr betragen.
Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, beträgt die magnetische Flussdichte an dem Ort des Emitters und/oder der Probenaufnahme und/oder dem Detektor 0,2 pT oder weniger, bevorzugt 0,1 pT oder weniger und besonders bevorzugt 0,05 pT oder weniger, 0,02 pT oder weniger oder sogar 0,01 pT oder weniger. In dem Ausführungsbeispiel beträgt die magnetische Flussdichte an dem Ort des Emitters und des Detektors etwa 0,15 pT und an dem Ort der Probenaufnahme etwa 0,10 pT.
Demnach beträgt die Differenz der Größe der magnetischen Flussdichte an zumindest zwei, vorzugsweise drei sensitiven Orten umfassend den Emitter, die Probeaufnahme und/oder den Detektor, in dem Ausführungsbeispiel etwa 0,05 pT, wobei mit anderen Konfigurationen noch geringere Differenzen, etwa 0,01 pT oder weniger, realisierbar sind.
Daraus folgt, dass deutlich größere Geräte bzw. Geräte mit größeren Aufbauten zusammen mit der erfindungsgemäßen
Einrichtung 30 zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes betrieben werden können bei gleichen Kompensationsmöglichkeiten. Fig. 5 zeigt den Verlauf und die Stärke des magnetischen Kompensationsfeldes für die erfindungsgemäße Anordnung von Kompensationsspulen gemäß Fig. 3. Die erfindungsgemäße Anordnung der Kompensationsspulen ermöglicht es, ein annähernd quaderförmiges Kompensationsvolumen mit sehr hoher Homogenität zur Verfügung zu stellen.
Die Grundfläche des Kompensationsvolumens beträgt in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel etwa 0,8 m x 0,8 m; die Ausdehnung in Raumrichtung Z beträgt etwa 2,8 m.
Die Figuren 6a und 6b zeigen schematisch ein beispielhaftes Rasterelektronenmikroskop in einem Querschnitt (Fig. 6a) sowie die zugehörige Strahlführung (Fig. 6b).
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an dem Beispiel eines Rasterelektronenmikroskops 10 vertiefend illustriert. Fig. 6a zeigt dazu den Querschnitt des Rasterelektronenmikroskops 10. Die Fig. 6b zeigt eine zugehörige Strahlführung der Elektronen 1. Die Funktion wird nur kurz skizziert: Die Elektronen 1 als elektrisch geladene Teilchen werden mittels einer Elektronenkanone 11 erzeugt. Durch Anlegen einer Extraktions- und einer Beschleunigungsspannung werden die Elektronen 1 auf die Probe 90 geführt. Im Strahlverlauf sind eine Vielzahl an Fokussierungseinrichtungen und/oder Ablenkeinrichtungen und/oder Blenden angeordnet, um die Flugbahn und/oder die Strahlform der Elektronen 1 und/oder die Abbildungseigenschaften entsprechend einstellen zu können.
Beispielhaft sind hierzu vorgesehen eine erste Blende 12 zur Strahlüberwachung, eine Kondensorlinse 13, eine erste und eine zweite Ablenkeinrichtung 15 und 16, insbesondere zum Rastern der Probe 90, eine Objektivlinse 17 sowie eine Objektivblende 18 als letzte Blende vor der Probe 30, die vorzugsweise beweglich angeordnet ist zum Rastern der Probe 90. Ein Ventil 14 ist zudem im Strahlverlauf angeordnet. Die Probe 90 ist in einer Kammer 19 auf bzw. an einem Probenhalter 23 angeordnet.
Die Position der Probe 90 bzw. des Probenhalters 23 relativ zum Elektronenstrahl 1 kann zum Beispiel durch einen Manipulator 24 verändert werden.
Die Vorrichtung 100 umfasst das Elektronenmikroskop 10 und die Kammer 19. Im Inneren des Rasterelektronenmikro skops 10 und im Inneren der Kammer 19 ist jeweils ein Vakuum angelegt. Die Elektronen 1 treffen auf die Probe 90 und lösen dort Sekundärelektronen aus. Diese erlauben einen Rückschluss auf die Eigenschaften der zu untersuchenden Probe 90. Über ein Rastern der Probe 90 kann diese Punkt für Punkt untersucht werden. Beispielsweise können die rückgestreuten Elektronen erfasst werden mittels eines Detektors (nicht gezeigt) und dann untersucht werden.
Zusätzlich sind in der Darstellung zwei erfindungsgemäß in Raumrichtung Z nebeneinander angeordnete Kompensations spulen 41, 42 eingezeichnet. Diese zwei Spulen 41, 42 bilden zusammen ein Kompensationsspulenpaar, um ein magnetisches Störfeld, hier in der Blattebene X-Z, zu kompensieren. Vorzugsweise ist auch für die beiden Raumrichtungen X und Y jeweils ein Kompensationsspulenpaar vorgesehen. Eine Kompensationsspule 41, 42 wird durch wenigstens eine Windung eines Leiters bereitgestellt. Die Kompensationsspulen 41, 42 sind Bestandteil eines Systems 40 zur Magnetfeldkompensation. Das System 40 ist wiederum ein Bestandteil der Vorrichtung 100.
Die Kompensations spulen 41, 42 erstrecken sich hier über die gesamte Vorrichtung 100. Demnach wird das gesamte durch die Kompensationsspulen 41, 42 erfasste Raumvolumen durch destruktive Interferenz quasi feldfrei gemacht.
Das durch die Kompensationsspulen 41, 42 erzeugte Kompensationsvolumen wird im Wesentlichen nur bereitgestellt in dem Volumen zwischen der Objektivlinse 17 oder der Blende 18 und einer Oberseite der Probe 30, auf welche der Elektronenstrahl 1 auftritt. Das bereitgestellte Kompensationsvolumen umfasst sowohl den Wechselwirkungsbereich des Elektronenstrahls 1 mit der Probe 90, als auch die Flugbahn der Elektronen 1 auf dem Weg von der Einrichtung zum Bereitstellen von elektrisch geladenen Teilchen, im Ausführungsbeispiel also dem Rasterelektronenmikroskops 10.
Das erfindungsgemäße System 40 zur Magnetfeldkompensation ist in dem Ausführungsbeispiel weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander benachbarten, inneren Spulen 44 des Kompensationsspulenpaars unterschiedlich im Vergleich zu den äußeren Spulen 45 ausgebildet sind. Es hat sich hierbei als günstig herausgestellt, wenn die äußeren Spulen 45 von einem größeren Strom durchflossen werden als die inneren, benachbarten Spulen 44.
In dem Ausführungsbeispiel sind daher die inneren Spulen 44 mit einer geringeren Windungsanzahl im Vergleich zu der Windungsanzahl der äußeren Spulen 45 ausgestattet. Demnach ist die Windungsanzahl Ni der inneren Spulen 44 im Vergleich zu der Windungsanzahl Nader äußeren Spulen 45 geringer, d.h. sie umfasst zumindest eine Windung weniger.
Vorliegend konnten gute Ergebnisse konnten erzielt werden bei einer Windungsanzahl Na = 26 der äußeren Spulen 45 und einer Windung s anzahl Ni = 20 oder Ni = 13 der inneren Spulen 44. Der Querschnitt der einzelnen Windungen ist dabei gleich.
In einer anderen Ausführungsform ist es auch möglich, die Querschnittsfläche der inneren Spulen 44 kleiner zu gestalten als die Querschnittsfläche der äußeren Spulen 45.
Die Einrichtung 30 zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes umfasst in dem Ausführungsbeispiel noch eine Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte, also zum Erfassen bzw. Messen eines magnetischen Störfeldes. In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel sind zwei derartige Einrichtungen 24 zur Messung der magnetischen Flussdichte vorgesehen und schematisch eingezeichnet, wobei sich eine der beiden Einrichtungen 24 im Bereich der Probe 90 befindet und eine weitere hiervon weiter entfernt, insbesondere im Bereich der Wegstrecke der im Betrieb zugeführten elektrisch geladenen Teilchen.
Die Einrichtung 24 zur Messung der magnetischen Flussdichte umfasst zumindest einen Sensor, welcher als Magnetfeldsensor oder Fluxgate-Magnetometer bzw.
Saturationskern-Magnetometer ausgebildet sein kann. Die im Bereich der Probe 90 angeordnete Einrichtung 24 ist dabei vakuumtauglich ausgeführt.
Weiterhin ist eine Stromversorgung für die Kompensationsspulen und eine Einrichtung zum Steuern und/oder Regeln des Stromes in den Kompensationsspulen in Abhängigkeit vom dem erfassten bzw. gemessenen magnetischen Störfeld vorgesehen (nicht eingezeichnet).
Hiermit kann für jede Ko mpensations spule bzw. für jeden Leiter individuell ein Strom geschaltet werden, welcher beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 und 3 A liegen kann, so dass das gewünschte Kompensationsfeld generiert werden kann.
Ferner ist von Vorteil wenigstens eine Einrichtung zur Regelung der Kompensationsspulen vorgesehen, vorzugsweise auf Basis der Messung der magnetischen Flussdichte, wobei jede eine einzelne Kompensations spule des Kompensationsspulenpaars oder das Kompensationsspulenpaar zur Magnetfeldkompensation durch die Einrichtung zur Regelung ansteuerbar ist.
Es versteht sich, dass vor Inbetriebnahme oder vor einem Betrieb Messungen zur Bestimmung des vorhandenen Störfeldes, also zur Ermittlung von vorhandener magnetischer Strahlung, beispielsweise Erdmagnetfelder, zur Kalibrierung der Einrichtung 30 vorgenommen werden können.
Die Vorrichtung ermöglicht es, im Betrieb eine kompensierte magnetische Flussdichte innerhalb des Kompensationsvolumens in zumindest einer Raumrichtung zur Verfügung zu stellen, welche weniger als ein 1 pT, bevorzugt weniger als 0,8 pT und besonders bevorzugt weniger als 0,6 pT, weniger als 0,4 |iT und insbesondere 0,2 |iT oder weniger beträgt. In der dargestellten Ausführungsform ist dieses Raumrichtung die Raumrichtung Z.
Das Kompensationsvolumen kann dabei in Raumrichtung Z eine Ausdehnung von wenigstens 0,5 m, bevorzugt wenigstens 1 m und besonders bevorzugt wenigstens 1,5 m oder sogar darüber aufweisen, wobei Magnetfelder um 90 % oder mehr unterdrückt werden können. Die Ausdehnung in einer Ebene orthogonal hierzu beträgt dabei wenigstens 0,2 x 0,2 m, bevorzugt wenigstens 0,3 x 0,3 m, besonders bevorzugt wenigstens 0,4 m x 0,4 m, wenigstens 0,5 m x 0,5 m oder darüber. Innerhalb dieses quaderförmigen Raumvolumens ist im Betrieb in dieser Ausführungsform das homogene Kompensationsvolumen mit um 90 % oder stärker reduzierter magnetischer Flussdichte.
Die Erfindung stellt somit auch ein Verfahren zum Abbilden und/oder Analysieren und/oder Bearbeiten einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen, insbesondere mittels Elektronenstrahl, zur Verfügung, wobei eine Vorrichtung 100 zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen gemäß der Erfindung verwendet wird.
Das Verfahren sieht vor, dass elektrisch geladenen Teilchen von einer Einrichtung zum Führen der elektrisch geladenen Teilchen 1 entlang einer Mittenrichtug Mz in Richtung auf die Kammer 19 bereitgestellt und auf eine in einer Kammer 19 angeordnete Probe 90 geführt werden können, wobei eine in der Kammer 19 angeordnete Probe 90 im Betrieb mit den elektrisch geladenen Teilchen beaufschlagt werden kann.
Die Kammer 19 ist dabei innerhalb des Kompensationsvolumens angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ausführbar mittels der oben erfindungsgemäßen Vorrichtung 100. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 ist insbesondere ausgebildet zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Auf diese Weise ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, insbesondere in Verbindung mit einem Raster- oder Transmissionselektronenmikroskop wie in Fig. 6a oder 6b gezeigt, eine Auflösung von bis zu 100 pm, bevorzugt bis zu 60 pm und besonders bevorzugt bis zu 50 pm oder sogar bis zu 40 pm zur Verfügung zu stellen.
Die Proben können dabei Strukturerhöhungen in Mittenrichtug Mz in einem Bereich von 1 nm bis hin zu mehreren Mikrometern, bevorzugt bis zu wenigstens 3 pm oder mehr aufweisen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 und das erfindungsgemäße Verfahren zur Magnetfeldkompensation können insbesondere an oder in Verbindung mit Raster- und/oder Transmissionselektronenmikroskopen (REM bzw. TEM) verwendet werden.
Dabei kann die Vorrichtung auch in bereits bestehende Regelungskonzepte integriert werden, oder es können die bekannten Regelungskonzepte erweitert werden.
Auf diese Weise ist eine besonders hohe Flexibilität gegeben. So kann ein flexibler Aufbau ermöglicht werden. Hierzu kann die Vorrichtung 100 modulartig oder als Modul bzw. in Einzelmodulen bereitgestellt und vor Ort einfach zusammengesetzt werden.
So ist es auch möglich, eine Magnetfeldkompensation für größere Raster- und/oder Transmissionselektronenmikroskope mit großer Bauhöhe oder hohen Aufbauten, und welche 1 m oder mehr, oder auch 2 m oder mehr oder sogar 3 m oder noch höher sein können, zur Verfügung zu stellen. Dabei können deutlich kleinere Räume verwendet werden als bisher üblich.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen, insbesondere mittels Elektronenstrahl, umfassend eine Einrichtung zum Bereitstellen von elektrisch geladenen Teilchen, eine Kammer mit Mitteln zur Aufnahme und Halterung der Probe, eine Einrichtung zum Führen der elektrisch geladenen Teilchen entlang einer Mittenachse Mz in Richtung auf die Kammer, und einen Detektor, wobei eine in der Kammer angeordnete Probe im Betrieb mit den elektrisch geladenen Teilchen beaufschlagt werden kann, sowie eine Einrichtung zur Kompensation eines magnetischen Störfeldes und zur Ausbildung eines vorzugsweise länglichen Kompensationsvolumens mit einer größten Ausdehnung entlang der Mittenachse Mz, wobei die Kammer vorzugsweise zumindest teilweise innerhalb des Kompensationsvolumens angeordnet ist, umfassend zumindest zwei Kompensationsspulen, welche jeweils durch wenigstens eine Windung eines Leiters bereitgestellt sind, und wobei zumindest zwei Kompensationsspulen nebeneinander entlang der Mittenachse Mz angeordnet oder dieser zugeordnet sind, und wobei im Betrieb ein vorhandenes magnetisches Störfeld innerhalb des Kompensationsvolumens reduziert werden kann.
2. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Kompensations spule der Koordinate X und eine weitere Kompensationsspule der Koordinate Y zugeordnet sind, wobei die Koordinaten X und Y orthogonal zu der Mittenachse Mz stehen.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensations volumen annähernd quaderförmig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Ausdehnung in Richtung der der Mittenachse Mz wenigstens dem 1,5-fachen, bevorzugt wenigstens dem zweifachen der Ausdehnung in einer Richtung senkrecht hierzu beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Raumrichtung Z zugeordneten Kompensationsspulen als Kompensationsspulenpaar ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Kompensationsspulen als Kompensationsspulenpaar ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Emitter und Probeaufnahme und/oder der Abstand zwischen Probeaufnahme und Detektor 0,5 m oder mehr, 1 m oder mehr oder auch 1,5 m oder mehr beträgt, und/oder dass der Abstand zwischen Emitter und Detektor 1 m oder mehr, bevorzugt 1,5 m oder mehr, besonders bevorzugt 2 m oder mehr beträgt.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Flussdichte an dem Ort des Emitters und/oder der Probenaufnahme und/oder dem Detektor 0,2 pT oder weniger, bevorzugt 0,1 pT oder weniger und besonders bevorzugt 0,05 pT oder weniger, 0,02 pT oder weniger oder sogar 0,01 pT oder weniger beträgt.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Größe der magnetischen Flussdichte an zumindest zwei, vorzugsweise drei sensitiven Orten umfassend den Emitter, die Probeaufnahme und/oder den Detektor, 0,05 pT oder weniger, bevorzugt 0,01 pT oder weniger beträgt.
9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensations volumen eine quaderförmige Ausdehnung aufweist, wobei die längste Ausdehnung, vorzugsweise in Richtung der Mittenachse Mz, wenigstens 0,5 m, bevorzugt wenigstens 1 m und besonders bevorzugt wenigstens 1,5 m oder sogar darüber beträgt, und wobei vorzugsweise die Ausdehnung in einer Ebene orthogonal hierzu wenigstens 0,2 x 0,2 m, bevorzugt wenigstens 0,3 x 0,3 m, besonders bevorzugt wenigstens 0,4 m x 0,4 m, wenigstens 0,5 m x 0,5 m oder darüber.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Spulen der der Mittenachse Mz zugeordneten Kompensationsspulen einer geringeren Windungsanzahl aufweisen als die äußeren der der Mittenachse Mz zugeordneten Kompensationsspulen.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Betrieb von Strom durchfließbare Querschnitt der zu der inneren Spule gehörenden Leiterschleifen im Vergleich zu dem von Strom durchfließbaren Querschnitt der zu der äußeren Spule gehörenden Leiterschleifen kleiner ist, vorzugsweise um wenigstens 10 % und höchstens um 70 %, bevorzugt wenigstens 15 % und höchstens 65 % und besonders bevorzugt wenigstens 20 % und höchstens 60 %.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei der Mittenachse Mz zugeordneten Kompensationsspulen zumindest abschnittsweise auf der Außenseite und/oder der Innenseite der Kammerwand angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein sich abschnittsweise in der Kammerwand erstreckender Aufnahmebereich mit einer Ausnehmung bereitgestellt ist, wobei die Ausnehmung vorzugsweise als ein Hohlraum in der Kammerwand ausgeführt ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest eine Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte, bevorzugt zwei oder mehr als zwei Einrichtungen.
15. Vorrichtung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte in oder im Bereich der Kammer angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte zumindest einen Sensor, vorzugsweise einen Magnetfeldsensor oder Fluxgate- Magnetometer bzw. Saturationskern-Magnetometer, umfasst, wobei diese Einrichtung zur Messung vorzugsweise in drei Raumrichtungen misst.
17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Einrichtung zur Regelung der Kompensationsspulen, vorzugsweise auf Basis der Messung der magnetischen Flussdichte, derart, dass jede eine einzelne Kompensationsspule des Kompensationsspulenpaars oder das Kompensationsspulenpaar zur Magnetfeldkompensation durch die Einrichtung zur Regelung ansteuerbar ist.
18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb entlang Mittenachse Mz eine reduzierte magnetische Flussdichte in zumindest der Raumrichtung Z zur Verfügung gestellt werden kann, wobei die magnetische Flussdichte über eine Länge von wenigstens 500 mm, bevorzugt von wenigstens 1.000 mm und besonders bevorzugt von wenigstens 1.500 mm 0,2 pT oder weniger, bevorzugt 0,1 pT oder weniger und besonders bevorzugt 0,05 pT oder weniger, 0,02 pT oder weniger oder sogar 0,01 pT oder weniger beträgt0,2 pT oder weniger, bevorzugt 0,1 pT oder weniger und besonders bevorzugt 0,05 pT oder weniger, 0,02 pT oder weniger oder sogar 0,01 pT oder weniger beträgt.
19. Schwingungsisolationssystem mit wenigstens einer schwingungsisoliert gelagerten Anordnung, umfassend zumindest eine Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen nach einem der vorstehenden Ansprüche.
20. Verfahren zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen, wobei eine Vorrichtung zum Abbilden und/oder Analysieren einer Probe mit hoher Auflösung mittels elektrisch geladener Teilchen nach einem der vorstehenden Ansprüche verwendet wird.
21. Verfahren zur hochpräzisen Messung nach vorstehendem Anspruch, wobei die Auflösung bis zu 100 pm, bevorzugt bis zu 60 pm und besonders bevorzugt bis zu 50 pm oder sogar bis zu 40 pm beträgt.
22. Verfahren zur hochpräzisen Messung nach vorstehendem Anspruch, wobei die Proben Strukturerhöhungen in Raumrichtung Z in einem Bereich von 1 nm bis hin zu mehreren Mikrometern, bevorzugt bis zu wenigstens 3 pm oder mehr aufweisen können.
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