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Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben von Teilchenstrahlgeräten.
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Bei Teilchenstrahlgeräten, die als Teilchenstrahlmikroskop verwendet werden können, wird ein Teilchenstrahl über einen Bereich eines Objekts gerastert, Signale, die durch den auf das Objekt treffenden Teilchenstrahl erzeugt werden, werden detektiert, und es kann aus den detektierten Signalen ein teilchenmikroskopisches Bild des Bereichs des Objekts erzeugt werden.
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Das Rastern des Teilchenstrahls über den Bereich des Objekts kann zeilenweise über eine Vielzahl einander benachbarter Zeilen an dem Objekt erfolgen, wobei das Rastern über eine jede der Vielzahl von Zeilen ein Richten des Teilchenstrahls auf eine Vielzahl von einander benachbarten Orten in der Zeile umfasst.
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Die durch den Teilchenstrahl an dem Objekt erzeugten Signale können kontinuierlich detektiert und unter Verwendung von Analogelektronik verstärkt und geformt werden. Daraufhin werden die analogen Signale durch einen Analog-Digital-Wandler in digitale Signale umgewandelt. Diese Umwandlung erfolgt mit einer vorbestimmten Abtastrate, welche eine Eigenschaft des verwendeten Analog-Digital-Wandlers ist.
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Die erzeugten digitalen Signale werden in einen Signalspeicher übertragen, welcher eine vorbestimmte Anzahl von Speicherplätzen aufweist, die nach Zeilen und Spalten adressierbar sind. Dieser Signalspeicher kann beispielsweise von einem Computer ausgelesen werden, um die abgespeicherten Signale zu verarbeiten und daraus das teilchenmikroskopische Bild des Objekts zu erzeugen. Ein Gerät, welches einen solchen Signalspeicher bereitstellt und zur Übertragung von digitalen Signalen geeignet ist, wird auch „Framegrabber“ genannt.
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Konkrete Beispiele die diese Technologie betreffen sind beispielsweise offenbart in
DE 11 2014 003 984 T5 ,
US 2010 / 0 163 727 A1 und
US 2013 / 0 306 866 A1 .
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Die Übertragung der digitalen Signale in den Signalspeicher wird typischerweise mit der Erzeugung der digitalen Signale so synchronisiert, dass die durch das Rastern des Teilchenstrahls über eine Zeile des Bereichs des Objekts erzeugten digitalen Signale nacheinander in Speicherplätze mit aufeinanderfolgenden Spaltenadressen und einer gleichen Zeilenadresse gespeichert werden.
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Dieses typische Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlgeräts wurde in der Praxis als unflexibel empfunden, indem es Änderungen der Rastergeschwindigkeit, die beispielswiese durch die Anzahl der pro Zeiteinheit abgerasterten Zeilen repräsentiert sein kann, einschränkt.
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Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlgeräts vorzuschlagen, dessen Parameter flexibler einstellbar sind.
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Eine Einstellung von Parametern der Bildaufnahme, wie beispielsweise der Rastergeschwindigkeit, ist in vielen Anwendungen jedoch wünschenswert, um die für die Aufnahme eines teilchenmikroskopischen Bildes benötigte Dauer einzustellen, die Auflösung des aufgenommenen Bildes zu verändern, das Signal-Rausch-Verhältnis zu beeinflussen oder den Einfluss von Oberflächenladungen auf das erzeugte Bild zu erforschen, welche durch den Teilchenstrahl während der Dauer, während er auf den gleichen Ort an dem Objekt gerichtet ist, erzeugt werden.
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Die Rastergeschwindigkeit ist bei dem oben beschriebenen System nicht frei einstellbar, da sie mit der beim Wandeln der detektierten Signale in digitale Signale verwendeten Abtastrate verknüpft ist. Die Auflösung des erzeugten teilchenmikroskopischen Bildes ist unter anderem auch deshalb nicht beliebig einstellbar, da der Signalspeicher eine beschränkte Anzahl von Speicherplätzen mit gleicher Zeilenadresse aufweist und deshalb die Anzahl der Orte an dem Objekt, über welche der Teilchenstrahl gerastert wird und welche in einer gleichen Zeile an dem Objekt liegen, kleiner sein muss als die Anzahl der Speicherplätze pro Zeile in dem Signalspeicher.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlgeräts vor, bei welchem ein Teilchenstrahl über einen Bereich eines Objekts gerastert wird, wobei das Rastern über den Bereich des Objekts ein Rastern über eine Vielzahl einander benachbarter Zeilen an dem Objekt umfasst, und wobei das Rastern über eine jede der Vielzahl von Zeilen ein Richten des Teilchenstrahls auf eine Vielzahl von einander benachbarten Orten in der Zeile umfasst.
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Das Verfahren kann mit einem Teilchenstrahlgerät, wie beispielsweise einem Teilchenstrahlmikroskop, ausgeführt werden. Der Teilchenstrahl kann ein Elektronenstrahl oder ein Ionenstrahl, wie beispielsweise ein Heliumionenstrahl oder ein Galliumionenstrahl, sein. Das Teilchenstrahlgerät kann den durch eine geeignete Teilchenstrahlquelle erzeugten Teilchenstrahl mit einer teilchenoptischen Linse an einem Ort an der Oberfläche des Objekts fokussieren. Das Rastern des Teilchenstrahls über den Bereich des Objekts kann beispielsweise durch Strahlablenker des Teilchenstrahlgeräts erreicht werden, welche angesteuert werden, um den Teilchenstrahl so abzulenken, dass er innerhalb einer Zeile kontinuierlich abgelenkt wird oder schrittweise so abgelenkt wird, dass er während einer vorbestimmten Dauer auf einen gleichen Ort an dem Objekt gerichtet bleibt und danach auf einen nachfolgenden Ort innerhalb der Zeile gerichtet wird.
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Hierbei ist das Verfahren gleichermaßen sowohl durch Teilchenstrahlgeräte ausführbar, die nur einen einzigen Teilchenstrahl erzeugen und diesen über einen Bereich des Objekts rastern, als auch durch Teilchenstrahlgeräte, die eine Vielzahl von Teilchenstrahlen parallel erzeugen und diese über eine entsprechende Vielzahl von einander benachbarten Bereichen des Objekts rastern.
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Das Verfahren umfasst ferner ein Detektieren von Signalen, die durch den auf das Objekt treffenden Teilchenstrahl erzeugt werden. Die detektierten Signale können beispielsweise erzeugte Partikel, wie etwa Elektronen, und elektromagnetische Strahlung, wie etwa Röntgenstrahlung oder Kathodolumineszenzstrahlung, umfassen.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren zum Betreiben eines Teilchenstrahlgeräts ein Wandeln der detektierten Signale in digitale Signale mit einer vorbestimmten Abtastrate. Das Wandeln der detektierten Signale kann mit einer geeigneten Elektronik des Teilchenstrahlgeräts erfolgen, welche wenigstens einen Detektor zur Detektion der Signale, einen Analogverstärker zur Verstärkung und Formung der detektierten Signale und einen Analog-Digital-Wandler zur Erzeugung der digitalen Signale umfasst. Die Ausgabe der digitalen Signale aus dem Analog-Digital-Wandler erfolgt dann mit der Abtastrate.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Übertragen der digitalen Signale in einen Signalspeicher, wobei der Signalspeicher eine vorbestimmte Anzahl von Speicherplätzen aufweist, die nach Zeilen und Spalten adressierbar sind. Für die Bereitstellung des Signalspeichers und die Durchführung der Übertragung der digitalen Signale in den Signalspeicher kann das Teilchenstrahlgerät einen so genannten „Framegrabber“ umfassen.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren zum Betreiben des Teilchenstrahlgeräts ferner ein Erzeugen eines teilchenmikroskopischen Bildes aus den in dem Signalspeicher gespeicherten digitalen Signalen. Das Bild kann eine Vielzahl von Pixeln aufweisen, die nach Zeilen und Spalten adressierbar sind.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen wird ein jedes der Pixel des Bildes basierend auf den digitalen Signalen bestimmt, die in einer Anzahl von Speicherplätzen gespeichert sind. Diese Anzahl kann gleich Eins oder größer als Eins sein.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren einen ersten Betriebsmodus und zweiten und/oder dritten Betriebsmodus, welche sich hinsichtlich der eingestellten Rastergeschwindigkeit unterscheiden. Die Rastergeschwindigkeit kann beispielsweise durch eine Zeilengeschwindigkeit angegeben sein, welche die Anzahl der Zeilen repräsentiert, über die der Teilchenstrahl pro Zeiteinheit gerastert wird.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst der erste Betriebsmodus ein Rastern des Teilchenstrahls über einen Bereich des Objekts mit einer ersten Zeilengeschwindigkeit und ein Erzeugen des teilchenmikroskopischen Bildes unter Verwendung einer ersten Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel.
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In dem zweiten Betriebsmodus umfasst das Verfahren dann ein Rastern des Teilchenstrahls über einen Bereich des Objekts mit einer zweiten Zeilengeschwindigkeit, die gleich einem 0,5-fachen der ersten Zeilengeschwindigkeit ist, und ein Erzeugen des teilchenmikroskopischen Bildes unter Verwendung einer zweiten Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel, die gleich dem zweifachen der ersten Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel ist.
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Der dritte Betriebsmodus kann anstatt des zweiten Betriebsmodus oder in Ergänzung zu dem zweiten Betriebsmodus vorgesehen sein.
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In dem dritten Betriebsmodus umfasst das Verfahren ein Rastern des Teilchenstrahls über einen Bereich des Objekts mit der ersten Zeilengeschwindigkeit, wobei eine jede Zeile zweimal gerastert wird, und Erzeugen des teilchenmikroskopischen Bildes unter Verwendung einer zweiten Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel, die gleich dem Zweifachen der ersten Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel ist.
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Sowohl in dem zweiten als auch in dem dritten Betriebsmodus dauert das Rastern des Teilchenstrahls über einen Bereich des Objekts, der eine gegebene Größe aufweist und für den ein gegebener Zeilenabstand verwendet wird, doppelt so lange wie das Rastern des Teilchenstrahls über den gleichen gegebenen Bereich bei Verwendung des gleichen gegebenen Zeilenabstandes in dem ersten Betriebsmodus. In dem dritten Betriebsmodus ist die tatsächlich verwendete Rastergeschwindigkeit gleich der in dem ersten Betriebsmodus verwendeten Rastergeschwindigkeit. Da allerdings jede Zeile zweimal gerastert wird, arbeitet das Verfahren scheinbar, im Vergleich zum ersten Betriebsmodus, mit der halben Rastergeschwindigkeit.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Richten des Teilchenstrahls auf die Vielzahl von einander benachbarten Orte in der Zeile ein Verweilen des Teilchenstrahls an einem jeden Ort für eine vorbestimmte Dauer, die einer Rasterrate entspricht. Die vorbestimmte Dauer, während der der Teilchenstrahl auf einen gleich bleibenden Ort des Objekts gerichtet bleibt, wird häufig auch „dwell time“ genannt. Hierbei kann angenommen werden, dass die Zeit, die benötigt wird, um den Teilchenstrahl nach Ablauf dieser vorbestimmten Dauer auf einen nachfolgenden nächsten Ort zu richten, gegenüber dieser Dauer vernachlässigbar ist.
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Hierbei kann das Rastern des Teilchenstrahls über den Bereich des Objekts mit der Abtastrate so synchronisiert werden, dass die beiden Raten einander gleich sind und ein jedes erzeugtes digitales Signal die Gesamtheit der detektierten Signale repräsentiert, welche detektiert werden, während der Teilchenstrahl auf den gleichen Ort des Objekts gerichtet ist.
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Wenn in dem ersten Betriebsmodus die erste Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel gleich Eins ist, ist die Rasterrate gleich der Abtastrate, und die Signale, die durch das Richten des Teilchenstrahls auf einen gegebenen Ort einer gegebenen Zeile erzeugt werden, werden in einem einzigen Speicherplatz des Signalspeichers gespeichert und tragen zur Erzeugung eines einzigen Pixels des Bildes bei.
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In dem zweiten Betriebsmodus ist die Rasterrate dann halb so groß wie in dem ersten Betriebsmodus. Die Signale, die während der ersten Hälfte der Dauer erzeugt werden, während der der Teilchenstrahl auf den gegebenen Ort an dem Objekt gerichtet bleibt, werden in einem ersten Speicherplatz des Signalspeichers gespeichert, und die Signale, die während der zweiten Hälfte der Dauer erzeugt werden, während der der Teilchenstrahl auf den gegebenen Ort an dem Objekt gerichtet bleibt, werden in einem zweiten Speicherplatz des Signalspeichers gespeichert, welcher eine dem ersten Speicherplatz nachfolgende Spaltenadresse aber dessen Zeilenadresse aufweist. Basierend auf den Inhalten dieses ersten Speicherplatzes und dieses zweiten Speicherplatzes wird dann ein einziges Pixel des erzeugten teilchenmikroskopischen Bildes bestimmt.
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In dem dritten Betriebsmodus ist die Rasterrate so groß wie in dem ersten Betriebsmodus. Die Signale, die erzeugt werden, während der Teilchenstrahl beim ersten Rastern einer gegebenen Zeile auf den gegebenen Ort an dem Objekt gerichtet bleibt, werden in einem ersten Speicherplatz des Signalspeichers gespeichert, und die Signale, die erzeugt werden, während der Teilchenstrahl beim zweiten Rastern dieser gegebenen Zeile auf den gegebenen Ort an dem Objekt gerichtet bleibt, werden in einem zweiten Speicherplatz des Signalspeichers gespeichert, welcher eine dem ersten Speicherplatz nachfolgende Zeilenadresse aber dessen Spaltenadresse aufweist. Basierend auf den Inhalten dieses ersten Speicherplatzes und dieses zweiten Speicherplatzes wird dann ein einziges Pixel des erzeugten teilchenmikroskopischen Bildes bestimmt.
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In dem vorangehend erläuterten Beispiel ist die erste Anzahl von Speicherplätzen in dem ersten Betriebsmodus gleich Eins und die zweite Anzahl von Speicherplätzen in dem zweiten und/oder dritten Betriebsmodus gleich Zwei. Es ist jedoch auch möglich, dass andere Zahlen gewählt werden. Beispielsweise kann die erste Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel in dem ersten Betriebsmodus gleich Zwei oder Vier sein, so dass die zweite Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel in dem zweiten und/oder dritten Betriebsmodus entsprechend gleich Vier bzw. Acht ist.
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Bei dem erläuterten Verfahren ist es somit möglich, bei gleicher Abtastrate, die beim Wandeln der detektierten Signale in digitale Signale verwendet wird, tatsächlich oder scheinbar verschiedene Rastergeschwindigkeiten zu verwenden, die beim Rastern des Teilchenstrahls über den Bereich des Objekts verwendet werden.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des Pixels ein Mitteln der digitalen Signale, die in der Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel gespeichert sind. Das Mitteln kann beispielsweise das Berechnen des arithmetischen Mittels von Werten umfassen, die aus den Inhalten der Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel bestimmt werden.
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Speichern der digitalen Signale, die durch Wandeln der detektierten Signale erzeugt werden, die während des Rasterns des Teilchenstrahls über eine vollständige Zeile an dem Objekt detektiert werden, in einer ersten Anzahl von Zeilen des Signalspeicher in dem ersten Betriebsmodus und in einer von der ersten Anzahl von Zeilen verschiedenen zweiten Anzahl von Zeilen des Signalspeichers in dem zweiten und/oder dritten Betriebsmodus.
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Hierbei können in dem ersten Betriebsmodus die durch das Rastern des Teilchenstrahls über eine vollständige Zeile an dem Objekt erzeugten digitalen Signale in einer ersten Anzahl von Zeilen des Signalspeichers gespeichert werden, und es können die in dem zweiten und/oder dritten Betriebsmodus durch das Rastern des Teilchenstrahls über eine vollständige Zeile an dem Objekt erzeugten digitalen Signale in einer zweiten Anzahl von Zeilen des Signalspeichers gespeichert werden, die gleich einem zweifachen der ersten Anzahl von Zeilen ist.
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Die Anzahl der Speicherplätze pro Zeile in dem Signalspeicher ist eine auf natürliche Weise beschränkte gegebene Anzahl. Es sei nun angenommen, dass bei der in dem ersten Betriebsmodus verwendeten ersten Anzahl von Speicherplätzen pro Pixel verwendeten Rasterrate und Anzahl von Orten an dem Objekt pro gerasterter Zeile die Anzahl von Speicherplätzen, die benötigt wird, um die beim Rastern des Teilchenstrahls über eine vollständige Zeile an dem Objekt erzeugten digitalen Signale zu speichern, größer ist als die Hälfte der Speicherplätze pro Zeile in dem Signalspeicher. Dann ist es nach einer Halbierung der tatsächlichen oder scheinbaren Rasterrate in dem zweiten bzw. dritten Betriebsmodus nicht möglich, die während des Rasterns des Teilchenstrahls über eine vollständige Zeile an dem Objekt erzeugten digitalen Signale in dem Signalspeicher in einer einzigen Zeile zu speichern. Entsprechend wird dann ein Teil dieser digitalen Signale in einer ersten Zeile des Signalspeichers gespeichert, und es wir ein zweiter Teil dieser digitalen Signale in einer zweiten Zeile des Signalspeichers gespeichert. Es werden deshalb in dem zweiten und dem dritten Betriebsmodus in dem Signalspeicher doppelt so viele Zeilen verwendet wie Zeilen an dem Objekt abgerastert werden. Dies wird beim nachfolgenden Erzeugen des teilchenmikroskopischen Bildes berücksichtigt, indem die Pixel des Bildes, welche in einer einzigen Zeile liegen, basierend auf digitalen Signalen bestimmt werden, die in dem Signalspeicher in zwei verschiedenen Zeilen gespeichert sind. Die zwei verschiedenen Zeilen können aufeinanderfolgende Zeilenadressen aufweisen.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts, mit dem eine Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines Teilchenstrahlgeräts ausgeführt werden kann;
- 2 eine schematische Darstellung von Komponenten des Teilchenstrahlgeräts der 1;
- 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens, wenn dieses in einem ersten Betriebsmodus arbeitet;
- 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens, wenn dieses in einem zweiten Betriebsmodus arbeitet; und
- 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens, wenn dieses in einem dritten Betriebsmodus arbeitet.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlgeräts 1, welches zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens verwendet werden kann. Das Teilchenstrahlgerät 1 umfasst eine Teilchenquelle 3 zur Erzeugung eines Teilchenstrahls 5, welcher von einer Objektivlinse 7 an einem Ort 9 auf einer Oberfläche 11 eines Objekts 13 fokussiert wird. Das Teilchenstrahlgerät 1 umfasst ferner ein Steuerungssystem 15 zur Steuerung der Funktionen des Teilchenstrahlgeräts 1. Insbesondere steuert das Steuerungssystem 15, einen Strahlablenker 17 des Teilchenstrahlgerät 1 an, um den Teilchenstrahls 5 über einen Bereich 19 an der Oberfläche 11 des Objekts 13 zu rastern. Das Teilchenstrahlgerät 1 umfasst ferner einen Detektor 21, der dazu konfiguriert ist, Signale zu detektieren, die durch die auf das Objekt 13 treffenden Teilchen des Teilchenstrahls 5 erzeugt werden. Die durch diese Signale von dem Detektor 21 erzeugten Detektionssignale werden von dem Steuerungssystem 15 gelesen.
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2 ist eine schematische Darstellung einiger Komponenten des Steuerungssystems 15. Das Steuerungssystem 15 umfasst einen Computer 25, der einen Prozessor 27 und einen Arbeitsspeicher 29 aufweist. Auf dem Computer 25 laufen Programme, welche verschiedene Funktionen des Teilchenstrahlgeräts 1 kontrollieren und aus den Detektionssignalen teilchenmikroskopische Bilder erzeugen.
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Das Steuerungssystem 15 umfasst eine Treiberschaltung 31 für den Strahlablenker 17, welche dem Strahlablenker 17 Ströme oder Spannungen zur Erzeugung magnetischer bzw. elektrischer Felder zuführt, um eine gewünschte Ablenkung des den Strahlablenker 17 durchsetzenden Teilchenstrahls herbeizuführen.
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Die Treiberschaltung 31 ist dazu konfiguriert, den Teilchenstrahl 5 in zwei zueinander orthogonalen Richtungen abzulenken und über einen Bereich des Objekts zu rastern, so dass der Teilchenstrahl nacheinander über eine Vielzahl einander benachbarter Zeilen an dem Objekt gerastert wird, wobei das Rastern über eine jede der Vielzahl von Zeilen ein Richten des Teilchenstrahls auf eine Vielzahl von einander benachbarten Orten in der Zeile für jeweils eine bestimmte Dauer umfasst, die einer Rasterrate entspricht. Hierzu ist die Treiberschaltung an einen Taktgenerator 33 angeschlossen, welcher einen Haupttakt der Steuerungsschaltung 15 erzeugt.
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Die der Rasterrate entsprechende Zeilengeschwindigkeit ist gleich der Rasterrate geteilt durch die Anzahl der Orte pro Zeile, auf die der Teilchenstrahl nacheinander gerichtet wird.
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Ferner ist die Treiberschaltung 31 an den Computer 25 angeschlossen, um von diesem Betriebsparameter zu erhalten, wie beispielsweise ein Verhältnis zwischen der Rasterrate bzw. Zeilengeschwindigkeit und der Taktrate des Taktgebers, eine Anzahl der für einen Rastervorgang zum Rastern des Teilchenstrahls über den Bereich des Objekts zu verwendenden Zeilen und eine Anzahl der bei diesem Rastervorgang zu verwendenden Orte pro Zeile.
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Das Steuerungssystem 15 umfasst einen Analogverstärker und Signalformer 35, der die von dem Detektor 21 ausgegebenen Detektionssignale verstärkt und formt und an einen Analog-Digital-Wandler 37 ausgibt, der die zugeführten analogen elektrischen Signale in digitale Signale umwandelt. Die Ausgabe neuer digitaler Signale durch den Analog-Digital-Wandler 37 erfolgt periodisch mit einer gegebenen Abtastrate. Die Abtastrate ist durch ein Taktsignal bestimmt, welches dem Analog-Digital-Wandler 37 von einer Treiberschaltung 39 zugeführt wird, welche ebenfalls an den Taktgenerator 33 angeschlossen ist. Die Abtastrate, mit der der Analog-Digital-Wandler betrieben werden kann, ist entweder fest vorgegeben oder auf Grund von Beschränkungen durch die Elektronik des Analog-Digital-Wandlers nur in geringem Rahmen änderbar.
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Die mit der Abtastrate von dem Analog-Digital-Wandler 37 ausgegebenen digitalen Signale werden in einen Signalspeicher 41 übertragen, welcher eine vorbestimmte Anzahl von Speicherplätzen aufweist, die nach Zeilen und Spalten adressierbar sind. Die Übertragung der digitalen Signale in den Signalspeicher erfolgt derart, dass die durch das Rastern des Teilchenstrahls über wenigstens einen Teil einer Zeile in dem Bereich des Objekts erzeugten digitalen Signale nacheinander in Speicherplätze des Signalspeichers 41 mit aufeinanderfolgenden Spaltenadressen und einer gleichen Zeilenadresse gespeichert werden und digitale Signale, welche durch das Rastern des Teilchenstrahls über verschiedene Zeilen in dem Bereich des Objekts erzeugt werden, in Speicherplätzen mit entsprechend verschiedenen Zeilenadressen gespeichert werden. Hierzu muss das Einlesen der digitalen Signale in die jeweiligen Speicherplätze des Signalspeichers 41 mit der Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers 37 und dem Rastervorgang für den Teilchenstrahl 5 synchronisiert sein. Insbesondere muss die für das Abspeichern der digitalen Signale in den Speicherplätzen verwendete aktuelle Spaltenadresse auf eine nachfolgende Adresse geändert werden, wenn eine Periode der mit der Abtastrate der folgenden Abtastung des analogen Signals durch den Analog-Digital-Wandler 37 beendet ist. Ferner muss die verwendete Zeilenadresse wenigstens dann erhöht werden, wenn beim Rastern des Teilchenstrahls über den Bereich des Objekts mit einer neuen Zeile begonnen wird. Hierzu ist der Signalspeicher 41 an eine Treiberschaltung 43 angeschlossen, welche beispielsweise den Takt zur Weiterschaltung der Spaltenadressen und den Takt zur Weiterschaltung der Zeilenadressen liefert. Die Treiberschaltung 43 ist ebenfalls an den Taktgenerator 33 angeschlossen und wird von dem Computer 25 mit den notwendigen Betriebsparametern, wie beispielsweise der Abtastrate, der Zahl der Pixel pro Zeile und der Zahl der Zeilen pro Bild versorgt.
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Der Signalspeicher ist an den Computer 25 angeschlossen, so dass der Computer 25 den Signalspeicher 41 auslesen kann. Insbesondere kann der Computer 25 aus dem Signalspeicher 41 die Inhalte der Speicherplätze nach Zeile und Spalte adressiert oder Bereiche, die mehrere Speicherplätze umfassen, auslesen. Das Auslesen des Signalspeichers 41 durch den Computer 25 kann beispielsweise dann erfolgen, wenn ein Rastervorgang über einen Bereich des Objekts, von dem ein teilchenmikroskopisches Bild erzeugt werden soll, abgeschlossen ist. Das Auslesen kann allerdings auch kontinuierlich erfolgen, indem Speicherplätze oder Bereiche von Speicherplätzen dann ausgelesen werden, wenn in diese neue digitale Signale während des Rastervorgangs übertragen wurden.
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3 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines ersten Betriebsmodus des von dem Teilchenstrahlgerät 1 ausgeführten Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlgeräts.
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Eine Rechteck 51 repräsentiert den Bereich 19 des Objekts 13, über den der Teilchenstrahl 5 zur Erzeugung eines teilchenmikroskopischen Bildes gerastert wird. Der Teilchenstrahl 5 wird zeilenweise über den Bereich 51 gerastert, wobei die Zeilen in 3 als horizontale Streifen 53 dargestellt sind. Die Zeilen 53 können von 1 bis K durchnummeriert werden, wobei K die Anzahl der beim Rastern des Teilchenstrahls über den Bereich verwendeten Zeilen ist.
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Beim Rastern des Teilchenstrahls 5 über eine jede der Zeilen 53 wird der Teilchenstrahl 5 nacheinander auf einander benachbarte Orte gerichtet, welche in 3 als Quadrate 55 dargestellt sind. Die Orte 55 können von 1 bis N durchnummeriert werden, wobei N die Anzahl der Orte pro Zeile 53 ist.
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Der Signalspeicher ist in 3 als Rechteck 61 dargestellt. Die Speicherplätze des Signalspeichers sind in 3 als Quadrate 63 dargestellt. Die Speicherplätze 63 des Signalspeichers 61 sind nach Zeilen und Spalten adressierbar. Die Zeilen sind in 3 als Streifen 65 dargestellt, welche von 1 bis L durchnummeriert werden können, wobei L die Anzahl der Zeilen des Signalspeichers 61 ist.
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Jede Zeile 65 des Signalspeichers 61 enthält M Speicherplätze 63.
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In dem ersten Betriebsmodus sind die beim Rastern des Teilchenstrahls über den Bereich 51 des Objekts verwendete Rasterrate, die Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers 37 und die Anzahl N Orte 55 pro Zeile 53 so aufeinander abgestimmt, dass die Übertragung der detektierten Signale in Speicherplätze 63 des Signalspeichers 61 nach dem in 3 durch Pfeile 67 und 69 dargestellten Schema erfolgt:
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Die Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers 37 ist gleich der beim Rastern des Teilchenstrahls 5 über den Bereich 51 des Objekts 13 verwendeten Rasterrate, so dass die Signale, welche detektiert werden, während der Teilchenstrahl 5 an einen gleichen Ort 55 des Objekts gerichtet ist, einen einzigen Speicherplatz 63 des Signalspeichers 61 füllen, wie dies durch die Pfeile 67 repräsentiert ist. Die Zahl N der Orte 55 pro Zeile 53 in dem Bereich 51 des Objekts ist kleiner oder gleich der Zahl M der Anzahl der Speicherplätze 63 pro Zeile 65 des Signalspeichers 61. Deshalb können die durch das Rastern des Teilchenstrahls über eine Zeile 53 des Bereichs 51 des Objekts erzeugten Signale in einer einzigen Zeile 65 des Signalspeichers 61 gespeichert werden, wie dies durch die Pfeile 69 in 3 repräsentiert ist.
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Der Computer 25 bestimmt sodann aus den Inhalten des Signalspeichers 61 das teilchenmikroskopische Bild des Bereichs 51 des Objekts 13, indem basierend auf dem Inhalt eines jeden Speicherplatzes 63 ein Helligkeitswert eines einzigen Pixels des Bildes bestimmt wird.
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4 ist eine der 3 entsprechende schematische Darstellung zur Erläuterung eines zweiten Betriebsmodus des von dem Teilchenstrahlgerät 1 ausgeführten Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlgeräts 1.
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In dem zweiten Betriebsmodus wird wieder ein teilchenmikroskopisches Bild des Bereichs 51 des Objekts 13 erzeugt. Der Bereich 51 wird wie in dem ersten Betriebsmodus abgerastert, indem die gleiche Anzahl von Zeilen pro Bild, die gleiche Anzahl von Orten pro Zeile, die gleiche Abtastrate und der gleiche Signalspeicher 61 verwendet werden. Allerdings ist die beim Rastern verwendete Rasterrate halb so groß wie in dem ersten Betriebsmodus.
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Dies führt dazu, dass der Teilchenstrahl 5 doppelt so lange an einen jeden Ort gerichtet bleibt wie in dem ersten Betriebsmodus. Da die Rasterrate halb so groß ist wie die Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers 37, erfolgen zwei Umwandlungen des analogen Signals in das digitale Signal während der Zeitdauer, während der der Teilchenstrahl auf einen gleichen Ort des Objekts gerichtet bleibt. Jedes aus einer Umwandlung erzeugte digitale Signal wird in dem Signalspeicher 61 gespeichert, so dass das Signal, das während der ersten Hälfte der Dauer, während der der Teilchenstrahl 5 auf den Ort 55 an dem Objekt gerichtet bleibt, erzeugt wird, in einem ersten Speicherplatz 63 des Signalspeichers 61 gespeichert wird, und das Signal, das während der zweiten Hälfte der Dauer, während der der Teilchenstrahl 5 auf diesen Ort gerichtet bleibt, erzeugt wird, wird in einem zweiten Speicherplatz 63 des Signalspeichers 61 gespeichert, welcher eine dem ersten Speicherplatz nachfolgende Spaltenadresse aber dessen Zeilenadresse aufweist, wie dies durch Pfeile 67 in 4 repräsentiert ist.
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Da die Anzahl von Speicherplätzen, die benötigt wird, um die beim Rastern des Teilchenstrahls über eine vollständige Zeile an dem Objekt erzeugten digitalen Signale zu speichern, doppelt so groß ist wie in dem ersten Betriebsmodus, ist es nicht möglich, sämtliche digitalen Signale, die beim Rastern des Teilchenstrahls über eine vollständige Zeile an dem Objekt erzeugt werden, in nur einer Zeile 65 des Signalspeichers zu speichern. Deshalb werden die digitalen Signale, die beim Rastern des Teilchenstrahls über die erste Hälfte einer vollständigen Zeile an dem Objekt erzeugt werden, in einer ersten Zeile 65 des Signalspeichers 61 gespeichert, und die digitalen Signale, die beim Rastern des Teilchenstrahls über die zweite Hälfte der vollständigen Zeile an dem Objekt erzeugt werden, in einer der ersten Zeile nachfolgenden zweiten Zeile 65 des Signalspeichers 61 gespeichert, wie dies durch die Pfeile 69 in 4 repräsentiert ist.
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Der Computer 25 kann dann aus den Inhalten des Signalspeichers 61 das teilchenmikroskopische Bild des Bereichs 51 des Objekts 13 bestimmen, indem basierend auf den Inhalten von zwei Speicherplätzen 63 mit benachbarten Spaltenadressen jeweils ein Helligkeitswert für ein einziges Pixel des Bildes bestimmt wird. Zudem werden Helligkeitswerte der Pixel einer Zeile des Bildes aus den Inhalten der Speicherplätze von zwei Zeilen 65 des Signalspeichers 61 bestimmt.
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5 ist eine den 3 und 4 entsprechende schematische Darstellung zur Erläuterung eines dritten Betriebsmodus des von dem Teilchenstrahlgerät 1 ausgeführten Verfahrens zum Betreiben des Teilchenstrahlgeräts 1.
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In dem dritten Betriebsmodus wird wieder ein teilchenmikroskopisches Bild des Bereichs 51 des Objekts 13 erzeugt. Der Bereich 51 wird wie in dem ersten Betriebsmodus abgerastert, indem die gleiche Anzahl von Zeilen pro Bild, die gleiche Anzahl von Orten pro Zeile, die gleiche Rasterrate, die gleiche Abtastrate und der gleiche Signalspeicher 61 verwendet werden. Allerdings wird in dem dritten Betriebsmodus jede Zeile 53 an dem Objekt nacheinander zweimal bzw. doppelt so oft abgerastert wie in dem ersten Betriebsmodus.
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Dies führt dazu, dass auch in dem dritten Betriebsmodus der Teilchenstrahl 5 insgesamt doppelt so lange an einen jeden Ort gerichtet ist wie in dem ersten Betriebsmodus. Da die Rasterrate gleich der Abtastrate des Analog-Digital-Wandlers 37 ist und jeder Ort einer gegebenen Zeile zweimal abgerastert wird, erfolgen zwei Umwandlungen des analogen Signals in das digitale Signal während der Zeitdauer, während der der Teilchenstrahl auf einen gleichen Ort des Objekts gerichtet ist. Jedes aus einer Umwandlung erzeugte digitale Signal wird in dem Signalspeicher 61 gespeichert, so dass das Signal, das erzeugt wird, während der Teilchenstrahl 5 beim ersten Abrastern der Zeile auf den Ort 55 an dem Objekt gerichtet bleibt, in einem ersten Speicherplatz 63 des Signalspeichers 61 gespeichert wird, und das Signal, das erzeugt wird, während der der Teilchenstrahl 5 beim zweiten Abrastern der Zeile auf diesen Ort gerichtet bleibt, wird in einem zweiten Speicherplatz 63 des Signalspeichers 61 gespeichert, welcher eine dem ersten Speicherplatz nachfolgende Zeilenadresse aber dessen Spaltenadresse aufweist, wie dies durch Pfeile 67' in 5 repräsentiert ist.
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Da die Anzahl von Speicherplätzen, die benötigt wird, um die beim zweimaligen Rastern des Teilchenstrahls über eine vollständige Zeile an dem Objekt erzeugten digitalen Signale zu speichern, doppelt so groß ist wie in dem ersten Betriebsmodus, ist es nicht möglich, sämtliche digitalen Signale, die beim Rastern des Teilchenstrahls über eine vollständige Zeile an dem Objekt erzeugt werden, in nur einer einzigen Zeile 65 des Signalspeichers zu speichern. Deshalb werden die digitalen Signale, die beim ersten Rastern des Teilchenstrahls über die Zeile an dem Objekt erzeugt werden, in einer ersten Zeile 65 des Signalspeichers 61 gespeichert, und die digitalen Signale, die beim zweiten Rastern des Teilchenstrahls über die Zeile an dem Objekt erzeugt werden, in einer der ersten Zeile nachfolgenden zweiten Zeile 65 des Signalspeichers 61 gespeichert, wie dies durch die Pfeile 69 in 5 repräsentiert ist.
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Der Computer 25 kann dann aus den Inhalten des Signalspeichers 61 das teilchenmikroskopische Bild des Bereichs 51 des Objekts 13 bestimmen, indem basierend auf den Inhalten von zwei Speicherplätzen 63 mit benachbarten Zeilenadressen jeweils ein Helligkeitswert für ein einziges Pixel des Bildes bestimmt wird. Zudem werden Helligkeitswerte der Pixel einer Zeile des Bildes aus den Inhalten der Speicherplätze von zwei Zeilen 65 des Signalspeichers 61 bestimmt.
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Aus einem Vergleich der 3 und 4 ist ersichtlich, dass beim Abrastern des Bereichs 51 des Objekts 13 mit einer gegebenen Anzahl von Zeilen 53 in dem Signalspeicher 61 in dem zweiten Betriebsmodus doppelt so viele Zeilen 65 nötig sind wie in dem ersten Betriebsmodus. Deshalb kann es passieren, dass es in dem ersten Betriebsmodus möglich ist, beim Abrastern des Bereichs 51 sämtliche Daten in dem Signalspeicher 61 zu speichern, während dies in dem zweiten Betriebsmodus nicht möglich ist. In diesem Fall kann das Abrastern des Bereichs 51 des Objekts 13 in mehrere Phasen unterteilt werden, wobei in jeder Phase eine Anzahl von Zeilen 53 abgerastert wird, welche geringer ist als die gesamte Anzahl von Zeilen 53 des Bereichs 51 des Objekts 13. Beispielsweise wird in der ersten Phase die erste Hälfte der Zeilen 53 nacheinander abgerastert, und in der zweiten Phase wird die zweite Hälfte der Zeilen 53 nacheinander abgerastert. Zu Beginn jeder Phase wird damit begonnen, in die erste Zeile 65 des Signalspeichers zu schreiben, wie dies vorangehend bereits erläutert wurde. Beim Übergang von einer Phase in die nächste Phase kann der momentane Inhalt des Signalspeichers 61 in einen Zwischenspeicher schnell umgespeichert werden, um die Speicherinhalte zu sichern und, während erneut Zeilen in den Signalspeicher 61 geschrieben werden, diese Inhalte an den Computer 25 zu übertragen.
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Vorangehend wurde das Rastern des Teilchenstrahls über eine Zeile so erläutert, dass der Teilchenstrahl nacheinander auf Orte gerichtet wird und an diesen für eine vorbestimmte Dauer gerichtet bleibt, die auch als „dwell time“ bezeichnet werden kann. Diese Orte sind in 4 als Quadrate 55 dargestellt. Es ist jedoch auch vorgesehen, den Teilchenstrahl während des Abrasterns einer Zeile nicht schrittweise sondern kontinuierlich zu bewegen. Dann wird das Konzept der „dwell time“ nicht verwirklicht. Gleichwohl kann eine Zeilen-Rastergeschwindigkeit definiert werden. Beispielsweise kann die Zeilen-Rastergeschwindigkeit als die Anzahl der Zeilen definiert werden, welche mit dem Teilchenstrahl pro Zeiteinheit abgerastert wird. Diese Definition der Zeilen-Rastergeschwindigkeit kann übrigens auch bei den vorangehend erläuterten Beispielen verwendet werden.
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Wenn der Teilchenstrahl während des Abrasterns einer Zeile kontinuierlich bewegt wird, kommt den Quadraten 55 in 4 ebenfalls eine Bedeutung zu. Diese repräsentieren dann jeweils Bereiche innerhalb einer Zeile 53, über den der Teilchenstrahl während der betrachteten Zeit kontinuierlich bewegt wird.
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Anhand der 3 bis 5 wurde oben nur der Fall der Signalaufnahme und Signalspeicherung beschrieben, wenn die Rasterrate pro Pixel zwischen dem ersten und dem zweiten und/oder dritten Betriebsmodus um einen Faktor 1/2 variiert wird. Aber das beschriebene Verfahren lässt sich auch anwenden, wenn die Rasterrate pro Pixel zwischen dem ersten und dem zweiten und/oder dritten Betriebsmodus um zusätzliche oder andere Verhältnisse variiert werden soll. Soll beispielsweise die Rasterrate zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus um einen Faktor 1/3 variiert werden, dann werden analog zu der Ausführungsform in 4 beim Abrastern einer einzigen Zeile die zu einem Rasterpunkt auf dem Objekt zugehörigen umgewandelten digitalen Signale jeweils in drei hintereinander angeordneten Speicherplätzen mit identischer Zeilenadresse aber aufeinander folgenden Spaltenadressen gespeichert. Nachdem ein erstes Drittel einer Zeile auf dem Objekt abgerastert ist, werden die zu einem Rasterpunkt auf dem Objekt im zweiten Drittel einer Zeile zugehörigen umgewandelten digitalen Signale jeweils in drei hintereinander angeordneten Speicherplätzen mit einer um eins höheren Zeilenadresse aber aufeinanderfolgenden Spaltenadressen gespeichert und die zu einem Rasterpunkt auf dem Objekt im dritten Drittel einer Zeile zugehörigen umgewandelten digitalen Signale werden jeweils in drei hintereinander angeordneten Speicherplätzen mit einer wiederum um eins höheren Zeilenadresse aber aufeinander folgenden Spaltenadressen gespeichert. Entsprechend wird dann nachfolgend ein Helligkeitswert für ein einziges Pixel aus den in drei aufeinander folgenden Speicherplätzen abgespeicherten Signalen gebildet.
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Dieses Vorgehen lässt sich weiterhin auf den allgemeinen Fall erweitern, in dem die Rasterrate pro Pixel zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus um das Verhältnisse 1/n, mit n einer natürlichen Zahl, variiert werden soll. Allgemein werden dann die zu einem Rasterpunkt auf dem Objekt zugehörigen digitalen Signale zeitlich nacheinander in n Speicherplätzen mit aufeinander folgenden Spaltenadressen abgespeichert und alle zu einer Zeile an Rasterpunkten auf dem Objekt zugehörigen digitalen Signale in Speichern mit n aufeinander folgenden Zeilenadressen gespeichert. Bei der Bilderzeugung wird dann jeweils ein Helligkeitswert für ein einziges Pixel aus den abgespeicherten digitalen Signalen in n Speichern mit n aufeinander folgenden Spaltenadressen gebildet.
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Analog kann man auch beim Wechsel zwischen dem ersten und dem dritten Betriebsmodus vorgehen. Soll die Rasterrate im dritten Betriebsmodus 1/m, mit m einer natürlichen Zahl, der Rasterrate im ersten Betriebsmodus betragen, so wird jede Zeile an Rasterpunkten auf dem Objekt m mal abgerastert. Bei jedem Abrastern einer Zeile an Rasterpunkten auf dem Objekt werden die aufgenommenen und umgewandelten digitalen Signal in Speichern mit einer anderen Zeilenadresse gespeichert. Bei der Bilderzeugung wird dann jeweils ein Helligkeitswert für ein einziges Pixel aus den in m Speichern mit identischer Spaltenadresse und m aufeinander folgenden Zeilenadressen abgespeicherte n Signalen gebildet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch statt des zweiten oder dritten Betriebsmodus oder zusätzlich zu dem zweiten und/oder dritten Betriebsmodus ein weiterer Betriebsmodus vorgesehen sein, der eine Kombination aus den anhand der 4 und 5 beschriebenen Betriebsmodi ist. In allgemeiner Form beträgt in diesem Betriebsmodus die Rasterrate pro Rasterpunkt auf dem Objekt 1/n der Rasterrate in dem ersten Betriebsmodus und jede Zeile an Rasterpunkten auf dem Objekt wird m mal abgerastert. Die bei einem ersten Abrastern einer Zeile an Rasterpunkten auf dem Objekt gewonnenen digitalen Signale werden dann in n aufeinander folgenden Speicherplätzen abgespeichert, die sich über n aufeinander folgende Zeilenadressen erstrecken. Beim nächsten Abrastern derselben Zeile an Rasterpunkten auf dem Objekt werden die gewonnenen digitalen Signale dann wiederum in n aufeinander folgenden Speicherplätzen abgespeichert, die sich wiederum über n aufeinander folgende Zeilenadressen des Speichers erstrecken, aber jeweils entsprechend höhere Zeilenadressen aufweisen. Bei der Bilderzeugung wird dann jeweils ein Helligkeitswert für ein einziges Pixel aus den in zu dem Rasterpunkt zugehörigen m*n Speichern abgespeicherten digitalen Signalen gebildet.
