DE102020123567A1

DE102020123567A1 - Vielzahl-Teilchenstrahl-System mit Kontrast-Korrektur-Linsen-System

Info

Publication number: DE102020123567A1
Application number: DE102020123567.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schubert
Original assignee: Carl Zeiss Multisem GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Multisem GmbH
Priority date: 2020-09-09
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2022-03-10
Also published as: TW202226312A; WO2022053175A1; WO2022053175A8; CN116250057A; JP2023540380A; KR20230058676A; US20230207251A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem mit einer magnetischen Immersionslinse und mit einem Detektionssystem. Im Bereich der magnetischen Immersionslinse entsteht dabei aufgrund der Larmordrehung eine Verkippung der Sekundär-Teilchenstrahlen. Diese Verkippung der Strahlen führt zu einer Verschlechterung des Kontrasts bei der Abbildung auf das Detektionssystem. Zur Korrektur der Verkippung wird deshalb im Detektionspfad des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems ein magnetisches Kontrast-Korrektur-Linsen-System eingesetzt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Teilchenstrahl-Systeme, welche mit einer Vielzahl von Teilchenstrahlen arbeiten.
Stand der Technik
Mehrstrahl-Teilchenmikroskope können ebenso wie Einzelstrahl-Teilchenmikroskope dazu verwendet werden, Objekte auf einer mikroskopischen Skala zu analysieren. Bspw. können mittels dieser Teilchenmikroskope Bilder eines Objekts aufgenommen werden, welche eine Oberfläche des Objekts repräsentieren. Auf diese Weise kann bspw. die Struktur der Oberfläche analysiert werden. Während in einem Einzelstrahl-Teilchenmikroskop ein einziger Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen wie bspw. Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen, dazu verwendet wird, das Objekt zu analysieren, wird in einem Mehrstrahl-Teilchenmikroskop eine Mehrzahl von Teilchenstrahlen dazu verwendet. Die Mehrzahl der Teilchenstrahlen, welche auch als Bündel bezeichnet wird, wird gleichzeitig auf die Oberfläche des Objekts gerichtet, wodurch verglichen mit einem Einzelstrahl-Teilchenmikroskop eine deutlich größere Fläche der Oberfläche des Objekts während eines gleichen Zeitraums abgetastet und analysiert werden kann.
Aus der WO 2005/ 024 881 A2 ist ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem in Form eines Elektronenmikroskopiesystems bekannt, welches mit einer Vielzahl von Elektronenstrahlen arbeitet, um ein zu untersuchendes Objekt mit einem Bündel von Elektronenstrahlen parallel abzurastern. Das Bündel von Elektronenstrahlen wird erzeugt, indem ein von einer Elektronenquelle erzeugter Elektronenstrahl auf eine Multiaperturplatte gerichtet wird, welche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Ein Teil der Elektronen des Elektronenstrahls trifft auf die Multiaperturplatte und wird dort absorbiert, und ein anderer Teil des Stahls durchsetzt die Öffnungen der Multiaperturplatte, so dass im Strahlengang hinter einer jeden Öffnung ein Elektronenstrahl geformt wird, dessen Querschnitt durch den Querschnitt der Öffnung definiert ist. Weiterhin führen geeignet gewählte elektrische Felder, welche im Strahlengang vor und/ oder hinter der Multiaperturplatte bereitgestellt sind, dazu, dass eine jede Öffnung in der Multiaperturplatte als eine Linse auf den die Öffnung durchsetzenden Elektronenstahl wirkt, so dass die Elektronenstrahlen in einer Ebene fokussiert werden, welche in einem Abstand von der Multiaperturplatte liegt. Die Ebene, in der die Foki der Elektronenstrahlen gebildet werden, wird durch eine nachfolgende Optik auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts abgebildet, so dass die einzelnen Elektronenstrahlen als Primärstrahlen fokussiert auf das Objekt treffen. Dort erzeugen sie von dem Objekt ausgehende Wechselwirkungsprodukte wie Rückstreuelektronen oder Sekundärelektronen, welche zu Sekundärstrahlen geformt und von einer weiteren Optik auf einen Detektor gerichtet werden. Dort trifft ein jeder der Sekundärstrahlen auf ein separates Detektorelement, so dass die mit diesem detektierten Elektronenintensitäten Informationen zu dem Objekt an dem Ort bereitstellen, an dem der entsprechende Primärstrahl auf das Objekt trifft. Das Bündel von Primärstrahlen wird systematisch über die Oberfläche des Objekts gescannt, um in der für Rasterelektronenmikroskope üblichen Weise ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts zu erzeugen.
Als Objektivlinsen werden bei obigen Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen häufig magnetische Immersionslinsen eingesetzt. Dabei befindet sich die Objektebene innerhalb des Magnetfeldes der Objektivlinse. Sekundärstrahlen, die von einem gegebenen Auftreffort an dem Objekt ausgehen, durchlaufen deshalb ein asymmetrisches Magnetfeld, was im weiteren teilchenoptischen Strahlengang zu einem ungewünschten Verkippen des Teilchenstrahles führt. Dieses Verkippen führt in Brennebenen und auch bei einer Strahlüberkreuzung (engl. „Crossover“) zu Präzisionsproblemen bei der teilchenoptischen Abbildung.
Im Bereich einer Strahlüberkreuzung zwischen dem Objekt und dem Detektorfeld ist üblicherweise eine Blende angeordnet, die zum einen ein Übersprechen („Cross-Talk“) zwischen den Sekundärstrahlen verhindern und zum anderen einen guten und über alle Sekundärstrahlen gleichmäßigen Kontrast (Kantenkontrast) bei der Abbildung mittels des Detektorfeldes ermöglichen soll. Dies setzt allerdings voraus, dass sämtliche Strahlen, die die Blende durchsetzen, diese zentral in Bezug auf die optische Achse treffen. Nur dann ist das Filtern der Sekundärstrahlen in Bezug auf Startwinkel beim Starten von der Probe/ der Objektebene präzise möglich. Dies setzt aber voraus, dass die Sekundärstrahlen nicht gegeneinander verkippt sind. Der Grad dieser Verkippung ist dabei abhängig von der Position eines Sekundärstrahles im Feld der Sekundärstrahlen. Im Feld weiter außen liegende Strahlen werden stärker verkippt.
Die WO2019243349A2 offenbart ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, das im Sekundärpfad im Bereich einer Zwischenbildebene ein Deflektor-Array aufweist. Damit können einzelne verkippte Sekundärstrahlen gezielt abgelenkt und ihre Ausbreitungsrichtung korrigiert werden. Diese Lösung erfordert jedoch höchste Präzision bei der Herstellung und Anordnung zahlreicher Komponenten des Deflektor-Arrays zueinander und es erfordert darüber hinaus eine komplexe Ansteuerung der einzelnen Komponenten.
Beschreibung der Erfindung
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Vielzahl-Teilchenstrahlsystem bereitzustellen, das einen besseren Kontrast und/ oder eine bessere Auflösung ermöglicht. Insbesondere soll diese Kontrastverbesserung auch mit einer kleinen Kontrastblende und auch bei Verwendung einer großen Zahl von Einzel-Teilchenstrahlen für alle Strahlen gleichmäßig erzielbar sein. Die Kontrastverbesserung des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems soll außerdem auch für planare Proben wie beispielsweise Halbleiterwafer, die praktisch keinen Topographiekontrast aufweisen, erzielbar sein.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, optional eine telezentrische Beleuchtung am Detektor einzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Probe telezentrisch zu beleuchten.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch den unabhängigen Patentanspruch. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, das Folgendes aufweist:

eine Vielstrahl-Teilchenquelle, welche konfiguriert ist, um ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Teilchenstrahlen zu erzeugen;
eine erste Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Objektebene abzubilden, so dass die ersten Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf ein Objekt treffen, die ein zweites Feld bilden;
ein Detektionssystem mit einer Vielzahl von Detektionsbereichen, die ein drittes Feld bilden; eine zweite Teilchenoptik mit einem zweiten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um zweite Einzel-Teilchenstrahlen, die von den Auftrefforten im zweiten Feld ausgehen, auf das dritte Feld der Detektionsbereiche des Detektionssystems abzubilden;
eine magnetische Objektivlinse, insbesondere eine magnetische Immersionslinse, durch die sowohl die ersten als auch die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtreten; eine Strahlweiche, die in dem ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Vielstrahl-Teilchenquelle und der Objektivlinse angeordnet ist, und die im zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und dem Detektionssystem angeordnet ist; und
eine Steuerung;
wobei in dem zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Strahlweiche und dem Detektionssystem eine Strahlüberkreuzung der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen erfolgt, wobei im Bereich der Strahlüberkreuzung eine Kontrastapertur mit einer zentralen Ausnehmung angeordnet ist,
wobei in dem zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und der Kontrastapertur ein Kontrast-Korrektur-Linsensystem mit einer ersten magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse angeordnet ist, welche dazu konfiguriert ist, ein Magnetfeld einstellbarer Stärke zu erzeugen, und
wobei die Steuerung konfiguriert ist, die Erregung des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems zu steuern.

Bei den geladenen Teilchen kann es sich z.B. um Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen oder andere geladene Partikel handeln. Bevorzugt handelt es sich um Elektronen, die z.B. mit Hilfe einer thermischen Feldemissionsquelle (TFE) erzeugt werden. Aber auch andere Teilchenquellen können Verwendung finden.
Die Anzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen ist dabei variabel wählbar. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Zahl der Teilchenstrahlen 3n (n-1) +1, mit n einer beliebigen natürlichen Zahl, beträgt. Dies erlaubt eine hexagonale Rasteranordnung der Detektionsbereiche. Andere Rasteranordnungen der Detektionsbereiche, z.B. in einem quadratischen oder rechteckigen Raster, sind ebenfalls möglich. Beispielsweise beträgt die Anzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen mehr als 5, mehr als 60 oder mehr als 100 Einzel-Teilchenstrahlen.
Erfindungsgemäß ist in dem zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Strahlweiche und dem Detektionssystem eine Strahlüberkreuzung der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen vorgesehen. Und im Bereich der Strahlüberkreuzung ist eine Kontrastapertur mit einer zentralen Ausnehmung angeordnet. Im Bereich der Strahlüberkreuzung liegen die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen idealerweise exakt übereinander. Dann ist es möglich, die Kontrastapertur mit ihrer zentralen Ausnehmung so zu wählen, dass ein Großteil der Strahlintensität jedes zweiten Einzel-Teilchenstrahles beim Beschnitt durch die Kontrastapertur auch erhalten bleibt. Dies gilt insbesondere für weiter entfernt von der optischen Achse startende zweite Einzel-Teilchenstrahlen, die bei Verwendung einer magnetischen Immersionslinse als Objektivlinse besonders stark von der Verkippung der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen betroffen sind. Typischerweise handelt es sich bei schwachen Immersionsobjektivlinsen nur um eine remanente azimutale oder tangentiale Verkippung eines Einzel-Teilchenstrahls von wenigen Grad, z.B. etwa 2° oder etwa 5°. Es können aber bei starken Immersionsobjektivlinsen auch deutlich stärkere remanente azimutale oder tangentiale Verkippung erfolgen, z.B. um etwa 30°, 40° oder 50° oder sogar mehr. Mit azimutaler oder tangentialer Verkippung eines Einzel-Teilchenstrahls ist dabei eine Verkippung oder eine Richtungskomponente eines Einzel-Teilchenstrahls gemeint, die senkrecht zu einer optischen Achse und senkrecht zu einer radialen Richtung des Einzel-Teilchenstrahls ausgerichtet ist. Die Begriffe azimutal oder tangential sind als synonyme Bezeichnungen zu verstehen, wobei eine tangentiale Richtungskomponente eine Richtungskomponente ist, die zu einer Umfangsrichtung um eine Umlaufbahn senkrecht zur optischen Achse tangential ist. Die azimutale oder tangentiale Verkippung wird hier vereinfacht auch als Larmor-Drehung bezeichnet, wobei die Larmordrehung allgemein eine reine Verdrehung einer Rasteranordnung der Einzel-Teilchenstrahlen und die azimutale oder tangentiale Verkippung der Einzel-Teilchenstrahls umfasst. Für den Begriff Richtungskomponente wird in äquivalenter Weise auch der Begriff Geschwindigkeitskomponente verwendet.
Das erfindungsgemäße Kontrast-Korrektur-Linsen-System kompensiert nun genau diese remanente azimutale oder tangentiale Verkippung. Dabei umfasst das Kontrast-Korrektur-Linsen-System mindestens eine erste magnetische Kontrast-Korrektur-Linse, es kann aber auch eine zweite, dritte, vierte oder mehr magnetische Kontrast-Korrektur-Linsen aufweisen. Diese können verglichen miteinander baugleich oder verschieden ausgebildet sein. Die Verkippung der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen hat ihre Ursache in der Lorentzkraft bzw. der Larmor-Drehung der geladenen Teilchen im Magnetfeld. Entsprechend wird erfindungsgemäß genau diese Verkippung durch ein weiteres Magnetfeld einstellbarer Stärke kompensiert. Dabei handelt es sich um eine Präzisions-Korrektur. Das Magnetfeld der magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse(n) ist deswegen verhältnismäßig schwach ausgebildet und erstreckt sich bevorzugt über einen verhältnismäßig langen Bereich entlang der optischen Achse, um darin die Korrektur durchzuführen. Im Magnetfeld der Kontrast-Korrektur-Linse(n) bewegen sich die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen auf einer Spiralbahn. Bevorzugt ist es dabei so ausgelegt, dass zur Korrektur weniger als eine ganze Umdrehung innerhalb des Magnetfeldes erfolgt.
Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystems umfasst eine Steuerung, die konfiguriert ist, die Erregung des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems zu steuern. Bei der genannten Steuerung kann es sich um eine Steuerung handeln, die insgesamt das Vielzahl-Teilchenstrahlsystems mit seinen Komponenten steuert. Es ist aber auch möglich, eine separate Steuerung für die Kontrast-Korrektur-Linse(n) vorzusehen.
Bevorzugt ist das Kontrast-Korrektur-Linsen-System an einem Ort oder an Orten im zweiten teilchenoptischen Strahlengang angeordnet, an dem sonst keine weiteren magnetischen Linsenfelder präsent sind. Dies erleichtert eine präzise Einstellung der Larmor-Drehungs-Kompensation.
Der Begriff magnetische Kontrast-Korrektur-Linse beinhaltet dabei neben der Tatsache, dass es sich um eine magnetische Teilchenlinse handelt, auch die Funktion der Linse zur Kontrast-Korrektur. Eine Kontrast-Korrektur-Linse muss also zur Kontrast-Korrektur geeignet und bestimmt sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste magnetische Kontrast-Korrektur-Linse in einem Bereich angeordnet, in dem während des Betriebes des Vielzahl-Teilchenstrahlsystem die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen konvergent oder divergent verlaufen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Erregung des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems so gesteuert, dass die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen nach dem Durchsetzen des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems in einer darauffolgenden Bildebene oder Zwischenbildebene des zweiten teilchenoptischen Strahlenganges im Wesentlichen parallel zur optischen Achse verlaufen und im darauf folgenden Strahlengang außerhalb von magnetischen Linsen im Wesentlichen keine unterschiedlichen azimutalen Geschwindigkeitskomponenten aufweisen. Die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen können telezentrisch auf das Detektionssystem auftreffen. Gegebenenfalls werden zur Erfüllung dieser Telezentriebedingung aber noch weitere Korrektoren benötigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Erregung des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems so gesteuert, dass sämtliche zweiten Einzel-Teilchenstrahlen nach dem Durchsetzen des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems in einer darauf folgenden Strahlüberkreuzung des zweiten teilchenoptischen Strahlenganges im Wesentlichen übereinander liegen und die Strahlüberkreuzung zentral in Bezug auf die optische Achse des Systems durchsetzen. Im nachfolgenden Strahlengang außerhalb von magnetischen Linsen weisen die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen im Wesentlichen keine unterschiedlichen azimutalen Geschwindigkeitskomponenten auf. Die azimutalen Geschwindigkeitskomponenten können insbesondere Null sein. Dies ist eine Voraussetzung dafür, dass in einer Strahlüberkreuzung sämtliche zweiten Einzel-Teilchenstrahlen exakt übereinander liegen und ein gleichmäßiger, hoher Abbildungskontrast über alle zweiten Einzel-Teilchenstrahlen erreicht wird. In diesem Zusammenhang spricht man auch von einer Homozentrizität des Büschels zweiter Einzel-Teilchenstrahlen und ein Mittelpunkt bzw. Mittelstrahl jedes zweiten Einzel-Teilchenstrahles liegt in der Strahlüberkreuzung praktisch exakt auf der optischen Achse des Systems. Die maximale Abweichung von der zentralen Strahlachse (Schwerstrahl) beträgt dabei bevorzugt weniger als 4%, insbesondere weniger als 2%, und/ oder weniger als 1%, des Radius (Ausnehmung) der verwendeten Kontrastapertur. Mit Mittelpunkt bzw. Mittelstrahl eines jeden zweiten Einzel-Teilchenstrahles ist dabei der Strahl eines jeden zweiten Einzel-Teilchenstrahles gemeint, der zu einer Objektebene, in der beispielsweise die Oberfläche eines Halbleiterwafer angeordnet ist, senkrecht steht. Der Mittelstrahl kann dabei mit einem Schwerstrahl eines zweiten Einzel-Teilchenstrahls übereinstimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Magnetfeld der ersten Kontrast-Korrektur-Linse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse des Systems ausgerichtet. Dabei ist die magnetische Kontrast-Korrektur-Linse in einem Bereich der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen angeordnet, in dem die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung in radialer Richtung konvergent oder divergent zueinander verlaufen, d.h. die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen verlaufen nicht parallel oder telezentrisch zueinander. Dies bewirkt, dass sich die geladenen Teilchen im Magnetfeld auf einer Spiralbahn um die optische Achse herum bewegen. Das Magnetfeld ist dabei im Wesentlichen homogen. Entlang der optischen Achse oder parallel zur optischen Achse ausgerichtete zweite Einzel-Teilchenstrahlen werden in dem Magnetfeld der ersten Kontrast-Korrektur-Linse nicht abgelenkt, da sie keine radiale Geschwindigkeitskomponente besitzen. Verlaufen die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen jedoch schräg zur optischen Achse und somit auch zum Magnetfeld, wirkt auf die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen im Magnetfeld die Lorentzkraft und das Kontrast-Korrektur-Linsen-System kann mit Hilfe der Larmordrehung zur Kompensation der azimutalen Geschwindigkeitskomponente eingesetzt werden. In einem konvergenten oder divergenten Büschel zweiter Einzel-Teilchenstrahlen nimmt der Betrag einer radialen Richtungskomponente eines Einzel-Teilchenstrahls bezüglich einer optischen Achse mit zunehmendem Abstand eines Einzel-Teilchenstrahls zur optischen Achse zu. Im axial ausgerichteten Magnetfeld der Kontrast-Korrektur-Linse(n) erhält ein zweiter Einzel-Teilchenstrahlen somit eine azimutale oder tangentiale Richtungskomponente, die proportional ist zur radialen Richtungskomponente, und der remanenten azimutalen oder tangentialen Verkippung entgegenwirkt. Somit erfolgt eine Kompensation der remanenten azimutalen oder tangentialen Verkippung der Einzel-Teilchenstrahlen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Länge L der ersten Kontrast-Korrektur-Linse größer als der Radius r der Kontrast-Korrektur-Linse, also L > r.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Länge L der ersten Kontrast-Korrektur-Linse mindestens doppelt so groß wie der Radius r der Kontrast-Korrektur-Linse, also L > 2r. Die Länge L der ersten Kontrast-Korrektur-Linse wird dabei entlang der optischen Achse des Systems gemessen. Sie entspricht z.B. dem Abstand zweier Polschuhe einer magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse und/ oder der Länge, in der das Magnetfeld vorhanden und wirksam ist. Der Radius r entspricht z.B. der halben Öffnungsweite der Polschuhe, der zum Beispiel einige cm, z.B. etwa 2 cm oder 5 cm betragen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Länge L der ersten Kontrast-Korrektur-Linse mindestens 15 cm, insbesondere mindestens 20 cm und / oder mindestens 30 cm. Der Einbau einer Kontrast-Korrektur-Linse in ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem erfordert dafür also einen ausreichenden Platz. Eine lange Kontrast-Korrektur-Linse hat aber den Vorteil, dass sehr gezielt ein verhältnismäßig schwaches Magnetfeld zur Kontrast-Korrektur eingesetzt werden kann. Das axiale Magnetfeld kann beispielsweise eine Magnetfeldstärke von etwa 1 mT aufweisen. Es kann aber für stärkere Korrekturen beispielsweise auch etwa 5 mT oder etwa 15 mT aufweisen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Objektivlinse eine magnetische Immersionslinse. Dabei kann es sich um eine schwache Immersionslinse oder um eine starke Immersionslinse handeln. Magnetische Immersionslinsen sind üblicherweise dadurch realisiert, dass die Bohrung im äußeren Polschuh der Linse einen größeren Durchmesser aufweist als die Bohrung im inneren Polschuh der Linse. Im Gegensatz zu Objektivlinsen, welche am Objekt nur ein geringes Magnetfeld bereitstellen, haben Immersionslinsen den Vorteil, geringere sphärische und chromatische Aberrationen erreichen zu können, sowie den Nachteil größerer außeraxialer Aberrationen. Je stärker das Magnetfeld der Immersionslinse ist und je dichter die Immersionslinse an der Objektebene positioniert ist, desto stärker ist auch die Larmor-Drehung der geladenen Teilchen im Magnetfeld. Dies gilt sowohl für die ersten Einzel-Teilchenstrahlen, die auf das Objekt auftreffen, als auch für die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen, die aus dem Objekt ausgelöst werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt die Immersionslinse ein fokussierendes Magnetfeld bereit, das an der Objektebene eine magnetische Feldstärke bereitstellt, die größer als 10 mT, insbesondere größer als 20 mT, 50 mT und / oder 150 mT ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Teilchenoptik ein Projektionslinsensystem auf, das ein erstes Projektionslinsensystem und ein zweites Projektionslinsensystem umfasst, wobei die erste Kontrast-Korrektur-Linse zwischen dem ersten und dem zweiten Projektionslinsensystem angeordnet ist. Es ist möglich, dass das erste Projektionslinsensystem genau eine Projektionslinse aufweist. Es ist aber auch möglich, dass es zwei oder mehr Projektionslinsen aufweist. Es ist möglich, dass das zweite Projektionslinsensystem genau eine Projektionslinse aufweist. Es ist aber auch möglich, dass es zwei oder mehr Projektionslinsen aufweist. Es ist auch möglich, dass das Projektionslinsensystem ein drittes Projektionslinsensystem aufweist. Auch dann ist es bevorzugt so, dass die erste Kontrast-Korrektur-Linse zwischen dem ersten und dem zweiten Projektionslinsensystem und/ oder zwischen der ersten und der zweiten Projektionslinse angeordnet ist, die Projektionslinsensysteme / Projektionslinsen werden also in Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges durchgezählt. Die erste Projektionslinse (das erste Projektionslinsensystem) wird häufig auch als Kontrastlinse (Kontrastlinsensystem) bezeichnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Teilchenoptik ein Projektionslinsensystem auf, wobei die erste Kontrast-Korrektur-Linse zwischen der Kontrastapertur und der dieser in Richtung entgegen dem teilchenoptischen Strahlengang nächstgelegenen Projektionslinse (Kontrastlinse) angeordnet ist. Zwischen der ersten Kontrast-Korrektur-Linse und der Kontrastapertur befindet sich in diesem Fall dann also keine weitere Projektionslinse. An dieser Position ist bei existierenden Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen verhältnismäßig viel Platz, sodass an dieser Position auch eine schwache Kontrast-Korrektur-Linse, die im Allgemeinen eine größere Länge L aufweisen wird, angeordnet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Projektionslinsensystem mindestens eine magnetische Projektionslinse auf und / oder besteht aus mindestens einer magnetischen Projektionslinse.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Projektionslinsensystem mindestens eine elektrische Projektionslinse auf und / oder besteht aus mindestens einer elektrischen Projektionslinse.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Kontrast-Korrektur-Linsen-System eine zweite oder weitere Kontrast-Korrektur-Linse.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste Kontrast-Korrektur-Linse und/ oder eine weitere Kontrast-Korrektur-Linse zwischen der Objektivlinse und dem Strahlteiler angeordnet. Dabei kann die Kontrast-Korrektur-Linse zwischen der Objektivlinse und der oberen Brennebene der Objektivlinse angeordnet sein. Es ist alternativ oder zusätzlich aber auch möglich, dass die Kontrast-Korrektur-Linse zwischen der oberen Brennebene der Objektivlinse und der Strahlweiche angeordnet ist. In diesen beiden Positionen ist jeweils allerdings weniger Bauraum vorhanden, sodass hier tendenziell kürzere und stärkere Kontrast-Korrektur-Linsen verwendet werden sollten. Dies hängt natürlich aber auch von zu korrigierenden Effekten durch das Magnetfeld der Objektivlinse ab. Außerdem wird die Kontrast-Korrektur-Linse bei diesen Einbau-Positionen auch von den ersten Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzt. Diese Tatsache kann dazu genutzt werden, auch ein telezentrisches Auftreffen der ersten Einzel-Teilchenstrahlen auf die Objektebene exakt einzustellen. Dabei addieren sich die Effekte auf die ersten Einzel-Teilchenstrahlen und die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen konstruktiv, d.h. die ersten Einzel-Teilchenstrahlen und die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen werden durch die Kontrast-Korrektur-Linse in dieselbe Richtung abgelenkt. Die Effekte sind allerdings normalerweise für die ersten Einzel-Teilchenstrahlen und die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen unterschiedlich groß, da die Energien der ersten und zweiten Einzel-Teilchenstrahlen im Allgemeinen unterschiedlich sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Kontrast-Korrektur-Linse und/ oder eine weitere Kontrast-Korrektur-Linse mehrteilig ausgebildet. Eine Kontrast-Korrektur-Linse kann also ein Sub-System des Kontrast-Linsen-Systems mit mehreren Linsen bilden. Dabei ist es möglich, dass die Komponenten einer Kontrast-Korrektur-Linse direkt hintereinander oder aber separat voneinander angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Deflektorfeld mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Deflektoren, das im Bereich einer Zwischenbildebene im zweiten teilchenoptischen Strahlengang angeordnet ist und wobei die Deflektoren dazu konfiguriert sind, elektrische und / oder magnetische Ablenkfelder einstellbarerer Stärke zu erzeugen, wobei im Betrieb die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen das Deflektorfeld durchsetzen und wobei die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen durch die Ablenkfelder um von der Stärke der Ablenkfelder abhängige Ablenkwinkel abgelenkt werden, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, die Stärke der elektrischen und / oder magnetischen Ablenkfelder zu steuern. Dabei ist es so, dass jeder Deflektor von einem einzelnen zweiten Einzel-Teilchenstrahl oder einer Gruppe von zweiten Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzt wird.
Derartige Deflektorfelder werden auch in der WO 2019243349 A2 offenbart, deren Offenbarung durch Inbezugnahme vollumfänglich mit in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Auch mittels des Deflektorfeldes kann eine Verkippung von zweiten Einzel-Teilchenstrahlen korrigiert werden, sodass in der Strahlüberkreuzung bei der Kontrastapertur die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen exakt übereinander gelegt werden können. Die angesprochenen Ablenkwinkel können dabei größer als 10 µrad, insbesondere größer als 15 µrad, insbesondere größer als 100 µrad und insbesondere größer als 300 µrad sein. Zur Bestimmung von Ablenkwinkeln und / oder Auftreffwinkeln eines Teilchenstrahles auf eine Ebene wird üblicherweise der sogenannte Schwerstrahl des Teilchenstrahls herangezogen. Der Schwerstrahl repräsentiert die fiktive Summe der Trajektorien sämtlicher Partikel des Teilchenstrahls.
Bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung kann eine Korrektur der durch unterschiedliche azimutale Geschwindigkeitsanteile verursachten Strahlverkippungen stufenweise erfolgen. Dies bietet Vorteile bei der Verwendung von starken magnetischen Immersionsobjektivlinsen oder bei großen Bildfeldern verglichen mit einer alleinigen Korrektur durch Deflektorfelder im Sekundärpfad: In solchen Fällen ist es nämlich notwendig, an den zweiten Einzel-Teilchenstrahlen eine erste Verkippungskorrektur mittels der erfindungsgemäßen Kontrast-Korrektur-Linse vorzunehmen, um das Deflektorfeld für eine erforderliche Restkorrektur genau genug zu treffen und Probleme mit einem Übersprechen („Cross-Talk“) zwischen zweiten Einzel-Teilchenstrahlen zu verhindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem des Weiteren ein Deflektorfeld mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Deflektoren umfasst, das im Bereich einer Zwischenbildebene der ersten Einzelteilchenstrahlen angeordnet ist, wobei die Deflektoren dazu konfiguriert sind, elektromagnetische Ablenkfelder einstellbarer Stärke zu erzeugen, wobei im Betrieb die ersten Einzel-Teilchenstrahlen das Deflektorfeld durchsetzen und wobei die ersten Einzel-Teilchenstrahlen durch die Ablenkfelder um von der Stärke der Ablenkfelder abhängige Ablenkwinkel abgelenkt werden, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, die Stärke der elektromagnetischen Ablenkfelder zu steuern.
Bei dieser Ausführungsvariante werden also Mittel zur Korrektur von Strahlverkippungen im Sekundärpfad (Kontrast-Korrektur-Linse(n) und optional Deflektorfeld im Sekundärpfad) mit Mitteln zur Korrektur von Strahlverkippungen im Primärpfad kombiniert. Im Primärpfad dient diese Korrektur dazu, eine exakt telezentrische Beleuchtung der Probe sicherzustellen, und zwar auch dann, wenn eine starke magnetische Immersionslinse als Objektivlinse verwendet wird. Im Sekundärpfad dient die Korrektur dazu, die Homozentrizität der zweiten EinzelTeilchenstrahlen bzw. des Strahlbüschels an der Kontrastblende einzustellen.
Je nach Position der (ggf. mehrteiligen) Kontrast-Korrektur-Linse(n) und des Deflektorfeldes / der Deflektorfelder können auch Korrekturen von Strahlverkippungen sowohl an ersten Einzel-Teilchenstrahlen als auch an zweiten Einzel-Teilchenstrahlen mittels derselben Korrekturmittel vorgenommen werden. Diese Korrekturmittel sind dann also dort angeordnet, wo der erste teilchenoptischen Strahlengang und der zweite teilchenoptische Strahlengang miteinander überlappen, also zwischen der Probe und der Strahlweiche insbesondere an den bereits oben explizit angegebenen Positionen. Dabei ist das Ausmaß der Korrektur für die ersten Einzel-Teilchenstrahlen und die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen wegen der normalerweise verschiedenen Teilchenenergien normalerweise verschieden groß. Vorteilhaft ist dann eine Nachkorrektur oder stufenweise Korrektur zumindest der Strahlverkippungen der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen im (reinen) Sekundärpfad.
Die WO 2019243349 A2 offenbart ein erstes Deflektorfeld im Primärpfad, angeordnet in einer Zwischenbildebene des Strahlengangs der Primärteilchen. Das erste Deflektorfeld ist konfiguriert, um die Auftreffwinkel der Primärstrahlen auf der Probe zu beeinflussen. Durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen Deflektoren des Deflektorfeldes wird erreicht, dass eine Verkippung der Strahlen durch die Magnetimmersionslinse vorgehalten wird, so dass diese telezentrisch auf die Probe auftreffen. Eine Verkippung der Sekundärstrahlen wird dann durch das erfindungsgemäße Kontrast-Korrektur-Linsen-System kompensiert. Alternative Mittel zur Beeinflussung von Auftreffwinkeln der Primärstrahlen auf die Probe sind auch aus der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10 2019 004 124.0 bekannt, deren Offenbarung vollumfänglich durch Inbezugnahme in diese Anmeldung mit aufgenommen wird: Darin wird ein magnetisches Multi-Deflektor-Array zur Ablenkung von Einzel-Teilchenstrahlen in azimutaler Richtung offenbart. Das Multi-Deflektor-Array umfasst dabei eine Kombination aus einer einfachen Aperturplatte mit einer singulären Öffnung und einer Multiaperturplatte, die derart miteinander verbunden sind, dass zwischen den beiden Platten ein Hohlraum gebildet wird, in dem eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes angeordnet ist. Auf diese Weise gelingt eine spezielle Feldformung eines Magnetfeldes, die die Einstellung von Azimutwinkeln in dem Teilchenstrahl-System individuelle für alle Einzel-Teilchenstrahlen auf einfache Weise erlaubt. Dabei wir ausgenutzt, dass ein azimutaler (und radialer) Telezentriefehler bei magnetischen Immersionslinsen im Wesentlichen proportional zum Abstand des jeweiligen Einzel-Teilchenstrahles von der optischen Achse ist.
Die WO 2019243349 A2 offenbart ein zweites Deflektorfeld im Sekundärpfad, angeordnet in einer Zwischenbildebene des Strahlengangs der Sekundärteilchen. In einer Ausführungsform wird eine erste Kontrast-Korrektur-Linse im gemeinsamen Strahlengang angeordnet und zur Kompensation einer Verkippung sowohl der Primär- als auch der Sekundärteilchen eingesetzt. Da diese aufgrund ihrer Energiedifferenz jedoch eine unterschiedliche Verkippung erfahren, kann die erste Kontrast-Korrektur-Linse im gemeinsamen Strahlengang derart ausgeführt sein, dass beispielsweise die Verkippung der Primärstrahlen auf der Probe kompensiert wird und eine residuelle Verkippung der Sekundärteilchen durch entweder eine zweite Kontrast-Korrektur-Linse im Sekundärpfad oder das zweite Deflektorfeld im Sekundärpfad kompensiert werden.
Es ist auch möglich, ein Deflektorfeld im Primär- oder Sekundärpfad mit einer Kontrast-Korrektur-Linse oder Kontrast-Korrektur-Linsen im Primär- oder Sekundärpfad zu kombinieren. Insbesondere bei eine Rasteranordnung von Primärstrahlen mit einer großen Anzahl von Strahlen, beispielsweise mehr als 300 Einzelstrahlen, kommt es zu sehr großen Verkippungen der äußeren Strahlen. Hier ist es möglich, einen großen Anteil einer Strahlverkippung mit einer Kontrast-Korrektur-Linse weitgehend, beispielsweise um 90% zu kompensieren, und einen Restfehler von beispielsweise 10% mit einem Deflektorfeld zu kompensieren. Das Deflektorfeld muss dann nur mit geringeren Spannungen betrieben werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jeder der Deflektoren wenigstens ein Paar von einander gegenüberliegenden Elektroden auf, zwischen denen die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen den Deflektor durchsetzen, und die Steuerung ist konfiguriert, an die Elektroden des Paars von Elektroden voneinander verschieden einstellbare elektrische Potentiale anzulegen. Ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden ist ausreichend für die Ablenkungen in eine Richtung. Die Verwendung von mehreren Paaren voneinander gegenüberliegenden Elektroden erlaubt eine flexiblere Einstellung einer Richtungskorrektur. Ein jeder Deflektor kann dabei mehrere Paare gegenüberliegender Elektroden aufweisen, beispielsweise sind zwei, drei oder vier Paare, die jeweils vier, sechs oder acht einzelne Elektroden bilden, üblich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Deflektorfeld ein Zentrum auf und eine Verbindungslinie zwischen Zentren der beiden Elektroden des Paars von Elektroden jedes Deflektors ist in Umfangsrichtung bezüglich dem Zentrum des Deflektorfeldes orientiert. Mit einem solchen Deflektorfeld ist es dann bspw. möglich, Teilchenstrahlen, deren Trajektorien einen azimutalen Geschwindigkeitsanteil zur optischen Achse aufweisen, so zu beeinflussen, dass nach Durchsetzen des Deflektorfeldes der azimutale Geschwindigkeitsanteil korrigiert wird, so dass sich alle Einzel-Teilchenstrahlen in einer darauf folgenden Strahlüberkreuzung homozentrisch überlagern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jeder der Deflektoren wenigstens eine erste Platte und eine zweite Platte auf, die im Strahlengang hintereinander angeordnet sind, wobei die erste Platte eine erste Öffnung und die zweite Platte eine zweite Öffnung aufweisen, die von den zweiten Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzt werden, wobei ein Zentrum der ersten Öffnung, gesehen in Richtung des Strahlengangs, relativ zu einem Zentrum der zweiten Öffnung lateral versetzt ist, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, an die erste und die zweite Platte voneinander verschiedene elektrische Potentiale anzulegen. Diese elektrischen Felder führen dann zu einer Ablenkung der die Öffnungen durchsetzenden zweiten Einzel-Teilchenstrahlen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Deflektorfeld ein Zentrum auf und das Zentrum der ersten Öffnung, gesehen in Richtung des Strahlenganges, ist relativ zu dem Zentrum der zweiten Öffnung in Umfangsrichtung bezüglich dem Zentrum des Deflektorfeldes lateral versetzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Mehrzahl von Deflektoren des Deflektorfeldes eine gemeinsame erste Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von ersten Öffnungen und eine gemeinsame zweite Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von zweiten Öffnungen auf, wobei jeweils eine der ersten Öffnungen und eine der zweiten Öffnungen von den zweiten Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzt wird. Dabei ist es wiederum möglich, dass durch jede Öffnung nur ein zweiter Einzel-Teilchenstrahl hindurchtritt, es kann sich aber auch um eine Gruppe von zweiten Einzel-Teilchenstrahlen handeln.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern dadurch keine technischen Widersprüche entstehen.
Die Erfindung wird noch besser Verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

1: zeigt eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems in Form eines Mehrstrahl-Teilchenmikroskops
2: zeigt eine schematische Darstellung eines Details des Teilchenstrahlsystems aus 1 mit Zwischenbildebenen und Kontrastapertur;
3: illustriert schematisch teilchenoptische Abbildungen durch eine symmetrische und durch eine asymmetrische magnetische Linse;
4: zeigt eine magnetische Kontrast-Korrektur-Linse in schematischer Darstellung;
5: zeigt schematisch eine erste Anordnung einer magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse in einem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem;
6: zeigt schematisch eine zweite Anordnung einer magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse in einem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem;
7: zeigt schematisch eine dritte Anordnung einer magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse in einem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem;
8: zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Deflektorfeld, welches in dem Teilchenstrahlsystem der 1 einsetzbar ist;
9: zeigt eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein weiteres Deflektorfeld, welches in dem Teilchenstrahlsystem der 1 einsetzbar ist; und
10: zeigt eine schematische Darstellung einer Querschnittsansicht des in 9 dargestellten Deflektorfeldes entlang einer Linie VI-VI.

Im Folgenden bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Merkmale, auch dann, wenn diese im Text nicht explizit erwähnt werden.
Ein Teilchenstrahlsystem gemäß einer Ausführungsform ist in 1 schematisch dargestellt. Das Teilchenstrahlsystem 1 umfasst ein Beleuchtungssystem 80 mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, welches dazu konfiguriert ist, eine Vielzahl von ersten Teilchenstrahlen 3 auf eine Ebene 101 zu richten, in der ein Objekt 7 angeordnet ist. Ein jeder der Teilchenstrahlen 3 beleuchtet auf dem Objekt 7 einen Auftreffort, wobei die Teilchenstrahlen 3 nebeneinander und mit Abstand voneinander auf dem Objekt 7 auftreffen, so dass dort ein Feld von Auftrefforten beleuchtet wird. Die Teilchenstrahlen 3 können beispielsweise Elektronenstrahlen sein, welche an dem Objekt 7 Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen erzeugen. Eine Abbildungsoptik 90 eines Detektionssystems mit einem zweiten teilchenoptischen Strahlengang ist dazu konfiguriert, die an den Auftrefforten erzeugten Elektronen zu sammeln und auf ein Detektorfeld 13 zu richten. Hierbei wird aus Elektronen, welche von einem jeden der Auftrefforte ausgehen, jeweils ein separater Teilchenstrahl 9 geformt. Die Teilchenstrahlen 9 werden auf das Detektorfeld 13 gerichtet. Das Detektorfeld 13 umfasst ein Feld von Detektorelementen, wobei ein oder mehrere Detektorelemente zur Detektion jeweils eines der Teilchenstrahlen 9 vorgesehen sind. Hierzu sind die Detektorelemente in einem Feld angeordnet, welches der Anordnung der Auftrefforte an dem Objekt 7 entspricht. Die Abbildungsoptik 90 ist bezüglich der Oberfläche des Objekts 7 und dem Detektorfeld 13 so konfiguriert, dass die Oberfläche des Objekts 7 in einer Objektebene 101 der durch die Abbildungsoptik 90 bereitgestellten Abbildung angeordnet ist und die Detektorelemente des Detektorfelds 13 in einer Bildebene 19 dieser Abbildung angeordnet sind. Die Abbildungsoptik 35 des Beleuchtungssystems 3 und die Abbildungsoptik 90 des Detektionssystems sind so angeordnet, dass die Bildebene 101 der Abbildungsoptik 35 und die Objektebene der Abbildungsoptik 90 zusammenfallen und die Oberfläche des Objekts dort angeordnet werden kann. Die Ebene 101 ist somit die Bildebene des Beleuchtungssystems 80, die Objektebene 17 der Abbildungsoptik 30 und die Probenebene, in der die Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts 7 angeordnet wird.
Das Beleuchtungssystem 80 umfasst eine Vielstrahl-Teilchenquelle 21 mit einem Teilchenemitter 22 zur Erzeugung eines Teilchenstrahls 23, welcher durch eine oder mehrere Kondensorlinsen 25 kollimiert wird und auf eine Multiaperturplattenanordnung 27 trifft. Die Multiaperturplattenanordnung 27 umfasst wenigstens eine Multiaperturplatte, welche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Die die Öffnungen in der Multiaperturplatte durchsetzenden Teilchen des Teilchenstrahls 23 bilden die Teilchenstrahlen 3. Die Multiaperturplattenanordnung 27 ist ferner dazu konfiguriert, die einzelnen Teilchenstrahlen 3 zu fokussieren, so dass in einem Bereich um eine Fläche 29 Foki 31 der Teilchenstrahlen 3 gebildet werden. Die Fläche 29 kann hierbei eine gekrümmte Gestalt aufweisen. Zwischen der Multiaperturplattenanordnung 27 und der Fläche 29 können weitere den Strahlengang beeinflussende Linsen 33 vorgesehen sein.
Das Beleuchtungssystem 80 umfasst ferner eine Abbildungsoptik 35, welche dazu konfiguriert ist, die Fläche 29 in die Ebene 101 abzubilden, so dass die Fläche 29 und die Ebene 101 im Sinne einer optischen Abbildung zueinander konjugierte Ebenen sind. Die Abbildungsoptik 35 umfasst eine Objektivlinse 102, welche die Linse der Abbildungsoptik 35 ist, die der Ebene 101 am Nächsten angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Abbildungsoptik 35 weitere Linsen 39 umfassen.
Das Beleuchtungssystem 3 richtet die Teilchenstrahlen 3 derart auf die Ebene 101, dass diese dort möglichst orthogonal oder senkrecht, d. h. unter einem Einfallswinkel von 90°, auf der Ebene 101 auftreffen. Allerdings ergeben sich aufgrund der Eigenschaften der Linsen 37 und 39 Abweichungen von dieser Relation, so dass die Teilchenstrahlen unter Einfallswinkeln auf die Ebene 101 auftreffen, welche von 90° verschieden sind. Insbesondere sind diese Richtungen nicht für sämtliche Teilchenstrahlen 3 gleich, sondern können von der Position des jeweiligen Teilchenstrahls 3 innerhalb des Feldes von Teilchenstrahlen abhängen. Die Abweichung des Auftreffwinkels von 90° kann beispielsweise durch Telezentriefehler der Abbildungsoptik 35 verursacht sein. Ferner kann die Objektivlinse 102 ihre fokussierende Wirkung durch ein Magnetfeld bereitstellen, welches bis zur Oberfläche des Objekts 7 reicht. Dann haben die Trajektorien der Teilchenstrahlen 3 unmittelbar an der Oberfläche des Objekts 7 die Gestalt von Spiralen. Um derartige Abweichungen von der Telezentrie wenigstens teilweise zu kompensieren, ist in diesem Ausführungsbeispiel nahe der Fläche 29, welche in die Ebene 101 abgebildet wird, ein Deflektorfeld 41 angeordnet. Diese Deflektorfeld 41 kann aber auch fehlen.
Die Abbildungsoptik 90 umfasst die Objektivlinse 102 und mehrere Linsen 205, welche in 1 schematisch und in 2 im größeren Detail dargestellt sind. Die Abbildungsoptik 90 bildet die Ebene 17 auf die Ebene 19, in welcher die Detektorelemente des Detektorfelds 13 angeordnet sind, derart ab, dass drei Zwischenbilder 71, 72 und 73 entlang des Strahlengangs der Teilchenstrahlen 15 hintereinander entstehen. Darüber hinaus überkreuzen sich die Teilchenstrahlen 15 in einer Ebene 75, welche im Strahlengang zwischen den Zwischenbildern 72 und 73 angeordnet ist (siehe 2). In dieser Ebene 75 ist eine Kontrastapertur 511 mit einer Ausnehmung 79 angeordnet, welche dazu dient, Teilchen der Teilchenstrahlen 9 auszufiltern, welche andernfalls auf ein Detektorelement des Detektorfeldes 13 treffen würden, welches verschieden ist von dem oder den Detektorelementen, welche dem Ort in der Ebene 101 zugeordnet sind, von welchem das Teilchen gestartet ist.
Wie vorangehend erläutert, wird die Qualität dieser Filterung reduziert, wenn die Teilchenstrahlen 9 von der Ebene 101 oder 17 nicht orthogonal, d. h. unter Winkeln starten, welche von 90° verschieden sind. Dies kommt in der Praxis beispielsweise dann vor, wenn die Objektivlinse 102 ein fokussierendes magnetisches Feld erzeugt, welches bis zu der Ebene 101 reicht.
Um dies zu kompensieren, kann in dem Bereich des Zwischenbilds 72 ein Deflektorfeld 81 angeordnet sein, welches ein Feld von Deflektoren aufweist, wobei ein jeder der Deflektoren von einem der Teilchenstrahlen 9 durchsetzt wird. Die Deflektoren lenken die diese durchsetzenden Teilchenstrahlen 9 derart ab, dass diese in der Ebene 75 einen möglichst kleinen Bereich durchsetzen, und die Öffnung 79 ausreichend klein gewählt werden kann, um eine gute Filterung bei hohem Durchsatz zu erreichen.
Das Deflektorfeld 81 kann einen Aufbau aufweisen, wie er nachstehend anhand der 8 bis 10 erläutert wird. Ein Deflektorfeld 81 muss aber nicht vorhanden sein.
Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weist weiterhin ein Computersystem 10 auf, das sowohl zur Steuerung der einzelnen teilchenoptischen Komponenten des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems ausgebildet ist, als auch zur Auswertung und Analyse der mit dem Multi-Detektor 209 gewonnenen Signale. Das Computersystem 10 kann dabei aus mehreren Einzelcomputern oder Komponenten aufgebaut sein. Es kann auch das erfindungsgemäße Kontrast-Korrektur-Linsen-System 500 steuern (in 1 und 2 nicht dargestellt).
Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatte und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005/024881 , WO 2007/028595 , WO 2007/028596 , WO 2011/124352 und WO 2007/060017 und den deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern DE 10 2013 026 113.4 und DE 10 2013 014 976.2 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch in Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
3 illustriert schematisch teilchenoptische Abbildungen durch eine symmetrische und durch eine asymmetrische magnetische Linse und soll das Zustandekommen von Strahlverkippungen illustrieren. In 3a) ist die Abbildung durch eine symmetrische magnetische Linse, z.B. durch eine magnetische Objektivlinse 102, gezeigt. Aufgetragen ist auf der y-Achse die z-Komponente Bz des durch die Linse hervorgerufenen Magnetfeldes. In Bezug auf die optische Achse Z vor der magnetischen Objektivlinse 102 befindet sich der abzubildende Gegenstand G, der durch einen aufrechten Pfeil dargestellt ist. Hinter der magnetischen Objektivlinse 102 entsteht das teilchenoptische Bild B. Dabei befindet sich der abzubildende Gegenstand G außerhalb des Magnetfeldes der Objektivlinse 102. Eingezeichnet ist nun exemplarisch ein teilchenoptischer Strahlengang für einen Parallelstrahl, der durch den Brennpunkt F in der Brennebene E abgebildet wird. Des Weiteren ist der Mittelpunktstrahl eingezeichnet.
Unterhalb der schematisch skizzierten Strahlengänge durch die Objektivlinse 102 ist nun der azimutale Geschwindigkeitsanteil v_azimutal eines senkrecht von der Probe startenden Feldstrahles dargestellt. Die zu dem Feldstrahl gehörenden außeraxialen Elektronen, die senkrecht von der Probe aus, d.h. ohne azimutalen Geschwindigkeitsanteil, starten, drehen sich in der Linse und verlassen das Linsenfeld ohne azimutalen Geschwindigkeitsanteil. In der Folge treffen sich die gestarteten Elektronen in der Brennebene und es ist mittels einer Kontrastapertur (nicht dargestellt) eine saubere Filterung der Elektronen in der Brennebene nach ihren Startwinkeln möglich. Diese Filterung ermöglicht in der Folge homogene Kontraste auch über ein großes Bildfeld.
In 3b) ist zum Vergleich der teilchenoptische Strahlengang dargestellt für den Fall, dass es sich bei der magnetischen Linse 102 um eine magnetische Immersionslinse handelt. Dabei befindet sich also der abzubildende Gegenstand G bzw. eine Probe innerhalb des Magnetfeldes der Linse 102. Das Magnetfeld, das die Elektronen erfahren und durchfliegen, ist also nicht symmetrisch, sondern asymmetrisch. Der azimutale Geschwindigkeitsanteil v_azimutal ist nach dem Durchsetzen der Linse 102 nicht null. Ein außeraxiales Elektron, welches senkrecht von der Probe aus, d.h. ohne azimutalen Geschwindigkeitsanteil, startet, dreht sich in der magnetischen Linse 102 und verlässt das Linsenfeld aufgrund der Asymmetrie mit einem azimutalen Geschwindigkeitsanteil. Dieser azimutale Geschwindigkeitsanteil führt zu einer Verkippung der Elektronenstrahlen bzw. Sekundärstrahlen. In der Folge treffen sich parallel von der Probe gestartete Elektronen nun nicht mehr homozentrisch in der Brennebene E. Es ist nicht mehr möglich, in der Brennebene eine Filterung nach Startwinkeln mit hoher Präzision durchzuführen. Es kommt zu Fehlern und in der Folge zu Kontrastdriften über das Bildfeld.
Die 4 zeigt eine magnetische Kontrast-Korrektur-Linse 500 in schematischer Darstellung. In 4 ist die erfindungsgemäße Kontrast-Korrektur-Linse 500 im teilchenoptischen Strahlengang nach einer magnetischen Projektionslinse 205 angeordnet. Diese Projektionslinse 205 kann eine von mehreren Projektionslinsen eines Projektionslinsensystems sein. Es wäre auch möglich, dass anstelle der Projektionslinse 205 eine andere teilchenoptische Linse, z.B. eine Objektivlinse 102, vorgesehen ist. 4 dient in dieser Hinsicht nur zur Illustration und zum besseren Verständnis des Erfindungsgedankens. Die magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse 500 ist damit in einem Bereich angeordnet, in dem das Büschel zweiter Einzel-Teilchenstrahlen konvergent verläuft.
In 4 sind beispielhaft die Strahlengänge von drei zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9a, 9b und 9c eingezeichnet. Bei der Projektionslinse 205 handelt es sich um eine starkbrechende Linse. Die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9a, 9b und 9c werden dadurch auch auf die Strahlüberkreuzung 510 fokussiert. Bei der magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse 500 handelt es sich hingegen um eine magnetische Linse mit einem schwachen Magnetfeld. Das Magnetfeld ist dabei im Bereich 501 wirksam und in 4 ist die Richtung des Magnetfeldes durch Pfeile gekennzeichnet. Im Wesentlichen ist das Magnetfeld parallel zur optischen Achse Z ausgerichtet, dieses ist durch die Bezeichnung B_z an einem der Pfeile angedeutet.
Die geladenen zweiten Einzel-Teilchenstrahlen bzw. Elektronen 9a, 9b und 9c weisen unterschiedliche radiale Geschwindigkeitskomponenten auf. Auf Geschwindigkeitskomponenten in radialer Richtung v_r wirkt - vermittelt durch das Magnetfeld B_z - die Lorentzkraft F_L. Diese führt zu einer spiralförmigen Bewegung der geladenen Teilchen im Magnetfeld 501. Die spiralförmige Bewegung der geladenen Teilchen ist dabei umso stärker bzw. die Lorentzkraft ist umso stärker, je weiter ein geladener Teilchenstrahl 9a, 9b und 9c von der optischen Achse Z entfernt ist, da hier die Geschwindigkeitskomponente v_r größer ist.
Durch eine entsprechende Ansteuerung mittels der Steuerung 10.1 kann das Magnetfeld 501 der Kontrast-Korrektur-Linse 500 so gewählt werden, dass die hier erzeugte Larmordrehung der z.B. aufgrund der magnetischen Immersionslinse hervorgerufenen azimutalen Verkippung entgegen wirkt. Die Kontrast-Korrektur-Linse ist nun so einzustellen, dass sich an der Probe mit gleichen Winkeln und Energien gestartete Teilchen, beispielsweise senkrecht zur Oberfläche eines Halbleiterwafers, in der Strahlüberkreuzung wieder treffen und die Larmor-Drehung bzw. remanente Verkippung der Einzel-Teilchenstrahlen exakt kompensiert wird. Für diese Kompensation ist es ausreichend, wenn die geladenen Teilchen im Magnetfeld 501 weniger als eine ganze Drehung bzw. Schraube ausführen. Entsprechend schwach kann das Magnetfeld 501 gewählt werden, sofern eine entsprechende Driftstrecke innerhalb des Magnetfeldes zur Verfügung steht. Im gezeigten Beispiel beträgt die Driftstrecke oder Länge L der Kontrast-Korrektur-Linse 500 bzw. des dadurch erzeugten wirksamen Magnetfeldes 501 etwa 20 cm. Es könnten aber auch 10 cm oder 30 cm sein, auch andere Längen sind möglich. Im gezeigten Beispiel beträgt der Radius r des Magnetfeldes etwa 5 cm.
Beim Verlassen des Magnetfeldes 501 ist die durch das Magnetfeld der magnetischen Immersionslinse hervorgerufene unerwünschte Verkippung der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9a, 9b und 9c exakt kompensiert. Somit können in der Strahlüberkreuzung 510 die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9a, 9b und 9c exakt übereinandergelegt werden. So wird es möglich, mit Hilfe einer Kontrast-Apertur (nicht eingezeichnet) eine Filterung der zweiten Einzel-Teilchenstrahlens nach ihrer Startwinkelverteilung auf der Probe durchzuführen. In einem Beispiel erfolgt eine Filterung nach jeweils einem Mittelstrahl eines jeden zweiten Einzel-Teilchenstrahlen, wobei die Mittelstrahlen senkrecht zur Oberfläche eines in der Ebene 101 angeordneten Halbleiterwafers ausgerichtet sind.
Die 5, 6 und 7 zeigen schematisch eine erste Anordnung, eine zweite Anordnung und eine dritte Anordnung einer magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse 500 in einem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem 1 auf. Dabei befindet sich der Gegenstand G bzw. eine Probe innerhalb des Magnetfeldes der Objektivlinse, es handelt sich dabei bspw. um eine starke magnetische Immersionslinse 102. Aufgrund der Larmordrehung sind die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9a, 9c nach dem Verlassen der Immersionslinse 102 leicht azimutal verkippt, sodass sie sich ohne die erfindungsgemäße Kontrast-Korrektur-Linse 500 nicht exakt in der Strahlüberkreuzung 510 treffen würden. Die von der Probe ausgehenden zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9a, 9c durchsetzen nun die Strahlweiche 400 und anschließend ein Projektionslinsensystem 205, das im gezeigten Beispiel drei Projektionslinsen 205a, 205b und 205c umfasst. Im gezeigten Beispiel handelt es sich um magnetische Projektionslinsen 205a, 205b und 205c. Es wäre jedoch auch möglich, elektrische Projektionslinsen oder elektromagnetische Projektionslinsen einzusetzen. Innerhalb des Projektionslinsensystems 205 ist bei dieser Ausführungsform die Kontrast-Korrektur-Linse 500 angeordnet. Konkret befindet sie sich zwischen der ersten Projektionslinse 205a und der zweiten Projektionslinse 205b und anders ausgedrückt zwischen der Projektionslinse 205a, die im teilchenoptischen Strahlengang vor der Kontrastapertur 511 und der Strahlüberkreuzung 510 angeordnet ist, und der Kontrastapertur 511. An dieser Stelle ist in Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen 1 normalerweise ausreichend Bauraum vorhanden, um eine verhältnismäßig lange Kontrast-Korrektur-Linse 500 im zweiten teilchenoptischen Strahlengang anzuordnen.
Die teilchenoptischen Komponenten im zweiten teilchenoptischen Strahlengang werden im gezeigten Beispiel durch Komponenten der Steuerung 10, hier die Komponenten 10.1, 10.2 und 10.3, angesteuert. Durch die gezielte Ansteuerung ist es möglich, den teilchenoptischen Strahlengang zu optimieren und insbesondere dafür zu sorgen, dass die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9a, 9c durch eine exakte Kompensation der Larmor-Drehung mittels der Kontrast-Korrektur-Linse in der Strahlüberkreuzung 510 exakt homozentrisch übereinander liegen.
In 6 ist die Position der Kontrast-Korrektur-Linse 500 eine andere als bei der in 5 dargestellten Ausführungsform: Die Kontrast-Korrektur-Linse 500 befindet sich zwischen der Objektivlinse 102 und dem Strahlteiler 400. Konkret ist die Kontrast-Korrektur-Linse 500 zwischen der Objektivlinse 102 und der oberen Brennebene 502 der Objektivlinse 102 angeordnet. Bei dieser Ausführungsvariante wird also sofort nach Entstehung der unerwünschten azimutalen Verkippung der Einzel-Teilchenstrahlen eine entsprechende Kompensation der Larmor-Drehung vorgenommen. Bei einer Positionierung der erfindungsgemäßen Kontrast-Korrektur-Linse 500 in dieser Position muss allerdings - wegen der beschränkten Platzverhältnisse - mit einem stärkeren Magnetfeld zur Larmor-Drehungs-Kompensation gearbeitet werden.
Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform befindet sich die erfindungsgemäße Kontrast-Korrektur-Linse 500 ebenfalls zwischen der Objektivlinse 102 und dem Strahlteiler 400. Es ist allerdings in dieser Ausführungsvariante so, dass die Kontrast-Korrektur-Linse 500 zwischen der oberen Brennebene 520 der Objektivlinse 102 und der Strahlweiche 400 angeordnet ist. In diesem Bereich verlaufen die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen divergent, sodass verglichen mit den beiden anderen Ausführungsbeispielen in den 5 und 6 die Richtung des Magnetfeldes innerhalb der Kontrast-Korrektur-Linse 500 umgekehrt werden muss.
Es ist auch möglich, die Ausführungsbeispiele der 5, 6 und 7 ganz oder teilweise miteinander zu kombinieren. Das Kontrast-Korrektur-Linsen-System kann dann eine erste, zweite, und/ oder dritte Kontrast-Korrektur-Linse oder noch mehr Kontrast-Korrektur-Linsen aufweisen. Dabei kann jede Kontrast-Korrektur-Linse einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Außerdem können die Ausführungsbeispiele der 5, 6 und 7 ganz oder teilweise mit den in 7, 8 und 9 beschriebenen Ausführungsformen der Deflektorfelder 41 kombiniert werden.
In 8 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Deflektorfeldes 41 schematisch dargestellt. Ein solches Deflektorfeld 41 kann in einer Zwischenbildebene des ersten und/ oder zweiten teilchenoptischen Strahlenganges angeordnet sein und erlaubt eine individuelle Richtungskorrektur von Teilchenstrahlen. Mittels einer Steuerung können Ablenkungswinkel individuell eingestellt werden.
Das Deflektorfeld 41 umfasst eine Multiaperturplatte 43, welche eine Vielzahl von Öffnungen 45 aufweist, welche in einem Feld 46 derart angeordnet sind, dass eine jede der Öffnungen 45 von einem der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9 zentral durchsetzt wird. An einer jeden Öffnung 45 ist mindestens ein Paar von einander gegenüberliegenden Elektroden 47 beidseits des Mittelpunkts der Öffnung 45 angeordnet. Jede Elektrode 47 ist an eine Steuerung 10.4 angeschlossen, welche dazu konfiguriert ist, an die Elektroden 47 jedes Paars von Elektroden voneinander verschiedene elektrische Potentiale anzulegen. Die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 47 eines Paares von Elektroden 47 erzeugt zwischen den Elektroden 47 ein elektrisches Feld, welches den das Paar von Elektroden 47 durchsetzenden Teilchenstrahl 9 um einen Winkel ablenkt, der von der Potentialdifferenz abhängt.
Die Paare von Elektroden 47 sind bezüglich der diese durchsetzenden Teilchenstrahlen 5 derart orientiert, dass eine Verbindungslinie 51 zwischen Zentren der beiden Elektroden 47 des Paars in Umfangsrichtung bezüglich einem Zentrum 53 des Feldes 46 der von den Teilchenstrahlen 5 durchsetzten Öffnungen 45 angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, die Teilchenstrahlen 5 so abzulenken, dass die Wirkung eines sich von der Objektivlinse 102 bis zu der Oberfläche des Objekts 9 erstreckenden Magnetfeldes kompensiert wird.
Bei dem in 8 dargestellten Deflektorfeld 41 weist jeder einzelne Deflektor ein Paar von einander gegenüberliegenden Elektroden 47 auf, welche bezüglich dem Zentrum 53 in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Hiermit ist es möglich, die Teilchenstrahlen in Richtungen abzulenken, welche bezüglich dem Zentrum in Umfangsrichtung orientiert sind. Es ist jedoch auch möglich, zwei oder mehr Paare von einander gegenüberliegenden Elektroden in Umfangsrichtung um die Öffnung verteilt anzuordnen, um auch die Orientierungen, in welche der die mehrere Paare von Elektroden durchsetzende Teilchenstrahl abgelenkt wird, einstellen zu können.
Eine weitere Ausführungsform eines Deflektorfeldes 41 wird nachfolgend anhand der 9 und 10 erläutert. Hierbei zeigen 9 eine Draufsicht auf das Deflektorfeld 41 und 10 einen Querschnitt durch das Deflektorfeldes 41 entlang einer Linie VI-VI der 9.
Das Deflektorfeld 41 umfasst eine erste Multiaperturplatte 56, welche eine Vielzahl von Öffnungen 45 aufweist, und eine zweite Multiaperturplatte 57, welche eine Vielzahl von Öffnungen 45' aufweist, welche von den Teilchenstrahlen 5 durchsetzt werden. Die beiden Multiaperturplatten 56 und 57 sind im Strahlengang hintereinander angeordnet, so dass ein jeder Teilchenstrahl 5 zuerst eine Öffnung 45 in der ersten Multiaperturplatte 56 und dann eine Öffnung 45' in der zweiten Multiaperturplatte 57 durchsetzt. Die Öffnungen 45 und 45' in den beiden Multiaperturplatten 56 und 57 können jeweils gleichen Durchmesser aufweisen. Dies muss allerdings nicht der Fall sein.
Die beiden Multiaperturplatten 56 und 57 sind relativ zueinander so angeordnet, dass ein Zentrum der von einem gegebenen Teilchenstrahl durchsetzten Öffnung 45 in der ersten Multiaperturplatte 56 relativ zu einem Zentrum der von diesem Teilchenstrahl durchsetzten Öffnung 45' in der zweiten Multiaperturplatte 57, gesehen in Strahlrichtung, lateral versetzt ist. Dies ist in der 8 dadurch dargestellt, dass die Öffnungen 45 in der ersten Multiaperturplatte 56 gänzlich sichtbar sind und als durchgezogene Linien dargestellt sind, während die Öffnungen 45' in der zweiten Multiaperturplatte 57 teilweise verdeckt sind und, soweit sie sichtbar sind, mit durchgezogenen Linien dargestellt sind, und soweit sie verdeckt sind, mit unterbrochenen Linien dargestellt sind.
Eine Steuerung 10.5 ist dazu konfiguriert, an die erste Multiaperturplatte 56 und an die zweite Multiaperturplatte 57 voneinander verschiedene elektrische Potentiale anzulegen. Hierdurch werden zwischen den Multiaperturplatten 56 und 57 elektrostatische Felder erzeugt, welche die Teilchenstrahlen 5 ablenken. Durch die durch die Steuerung 10.5 bestimmte Potentialdifferenz zwischen den Multiaperturplatten 56 und 57 kann der Ablenkwinkel eingestellt werden.
Das Deflektorfeld weist ein Zentrum 53 auf, um welches die zweite Multiaperturplatte 57 relativ zu der ersten Multiaperturplatte 56 verdreht ist, wie dies durch einen Pfeil 61 in 8 dargestellt ist. Durch diese Verdrehung wird ein lateraler Versatz in Umfangsrichtung um das Zentrum 53 zwischen den Öffnungen 45 und 45', welche von dem Teilchenstrahl 9 nacheinander durchsetzt werden, erzeugt, wobei dieser laterale Versatz in Umfangsrichtung mit zunehmendem Abstand der jeweiligen Öffnungen 45 bzw. 45' von dem Zentrum 53 zunimmt.
Bezugszeichenliste

1: Mehrstrahl-Teilchenmikroskop
3: primäre Teilchenstrahlen (Einzel-Teilchenstrahlen)
7: Objekt
9: sekundäre Teilchenstrahlen
10: Computersystem, Steuerung mit mehreren Komponenten
13: Detektorfeld
19: Ebene der Detektorelemente
21: Vielstrahl-Teilchenquelle
22: Teilchenemitter
23: Teilchenstrahl
25: Kondensorlinsen
27: Multiaperturplattenanordnung
29: Fläche der Foki
31: Foki
33: Linsen
35: Abbildungsoptik
39: Linse
41: Deflektorfeld
43: Multiaperturplatte
45: Öffnung
46: Feld
47: Elektrode
51: Verbindungslinie
53: Zentrum
56: erste Multiaperturplatte
57: zweite Multiaperturplatte
67: Bereich eines homogenen Magnetfelds
71: Zwischenbild
72: Zwischenbild
73: Zwischenbild
75: Ebene der Strahlüberkreuzung
79: Öffnung
80: Beleuchtungssystem
81: Deflektorfeld
90: Abbildungsoptik
101: Objektebene
102: Objektivlinse
205: Projektionslinse
206: Bereich Magnetfeld
400: Strahlweiche
500: Kontrast-Korrektur-Linse
501: Bereich Magnetfeld
510: Strahlüberkreuzung
511: Kontrastapertur
520: Strahlüberkreuzung in oberer Brennebene der Objektivlinse
Z: optische Achse
G: Gegenstand
B: Bild
Bz: Magnetfeld
L: Länge des wirksamen Magnetfeldes
r: Radius des wirksamen Magnetfeldes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2005/024881 A2 [0003]
WO 2019243349 A2 [0006, 0036, 0042, 0043]
DE 102019004124 [0042]
WO 2005/024881 [0062]
WO 2007/028595 [0062]
WO 2007/028596 [0062]
WO 2011/124352 [0062]
WO 2007/060017 [0062]
DE 102013026113 [0062]
DE 102013014976 [0062]

Claims

Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, das Folgendes aufweist: eine Vielstrahl-Teilchenquelle, welche konfiguriert ist, um ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Teilchenstrahlen zu erzeugen; eine erste Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Objektebene abzubilden, so dass die ersten Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf ein Objekt treffen, die ein zweites Feld bilden; ein Detektionssystem mit einer Vielzahl von Detektionsbereichen, die ein drittes Feld bilden; eine zweite Teilchenoptik mit einem zweiten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um zweite Einzel-Teilchenstrahlen, die von den Auftrefforten im zweiten Feld ausgehen, auf das dritte Feld der Detektionsbereiche des Detektionssystems abzubilden; eine magnetische Objektivlinse, insbesondere eine magnetische Immersionslinse, durch die sowohl die ersten als auch die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtreten; eine Strahlweiche, die in dem ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Vielstrahl-Teilchenquelle und der Objektivlinse angeordnet ist, und die im zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und dem Detektionssystem angeordnet ist; und eine Steuerung; wobei in dem zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Strahlweiche und dem Detektionssystem eine Strahlüberkreuzung der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen erfolgt, wobei im Bereich der Strahlüberkreuzung eine Kontrastapertur mit einer zentralen Ausnehmung angeordnet ist, wobei in dem zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und der Kontrastapertur ein Kontrast-Korrektur-Linsen-System mit einer ersten magnetischen Kontrast-Korrektur-Linse angeordnet ist, welches dazu konfiguriert ist, ein Magnetfeld einstellbarer Stärke zu erzeugen, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, die Erregung des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems zu steuern.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß Anspruch 1, wobei die erste magnetische Kontrast-Korrektur-Linse in einem Bereich angeordnet ist, in dem während des Betriebes des Vielzahl-Teilchenstrahlsystem die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen konvergent oder divergent verlaufen.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Erregung des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems so gesteuert wird, dass die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen nach dem Durchsetzen des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems in einer darauf folgenden Bildebene oder Zwischenbildebene des zweiten teilchenoptischen Strahlenganges im Wesentlichen keine azimutalen Geschwindigkeitskomponenten aufweisen.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Erregung des Kontrast-Korrektur-Linsen-Systems so gesteuert wird, dass sämtliche zweiten Einzel-Teilchenstrahlen die Strahlüberkreuzung zentral in Bezug auf die optische Achse des Systems durchsetzen.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Magnetfeld der ersten Kontrast-Korrektur-Linse im Wesentlichen parallel zur optischen Achse des Systems ausgerichtet ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Länge L der ersten Kontrast-Korrektur-Linse größer ist als der Radius r der Kontrast-Korrektur-Linse, also L > r.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Länge L der ersten Kontrast-Korrektur-Linse mindestens doppelt so groß ist wie der Radius r der Kontrast-Korrektur-Linse, also L ≥ 2r.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Länge L der ersten Kontrast-Korrektur-Linse mindestens 15 cm, insbesondere mindestens 20 cm und/ oder mindestens 30 cm, beträgt.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Objektivlinse eine magnetische Immersionslinse ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Immersionslinse ein fokussierendes Magnetfeld bereitstellt, das an der Objektebene eine magnetische Feldstärke aufweist, die größer als 10 mT, insbesondere größer als 20 mT, 50 mT und/ oder 150 mT, ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Teilchenoptik ein Projektionslinsensystem aufweist, das ein erstes Projektionslinsensystem und ein zweites Projektionslinsensystem aufweist, und wobei die erste Kontrast-Korrektur-Linse zwischen dem ersten und dem zweiten Projektionslinsensystem des Projektionslinsensystems angeordnet ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Teilchenoptik ein Projektionslinsensystem aufweist, und wobei die erste Kontrast-Korrektur-Linse zwischen der Kontrastapertur und der dieser in Richtung entgegen dem teilchenoptischen Strahlengang nächstgelegenen Projektionslinse angeordnet ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei das Projektionslinsensystem mindestens eine magnetische Projektionslinse aufweist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Projektionslinsensystem mindestens eine elektrische Projektionslinse aufweist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kontrast-Korrektur-Linsen-System eine zweite oder weitere Kontrast-Korrektur-Linse umfasst.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Kontrast-Korrektur-Linse und/ oder eine weitere Kontrast-Korrektur-Linse zwischen der Objektivlinse und dem Strahlteiler angeordnet ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Kontrast-Korrektur-Linse und/ oder eine weitere Kontrast-Korrektur-Linse zwischen der Objektivlinse und der oberen Brennebene der Objektivlinse angeordnet ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Kontrast-Korrektur-Linse und/ oder eine weitere Kontrast-Korrektur-Linse zwischen der oberen Brennebene der Objektivlinse und der Strahlweiche angeordnet ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Kontrast-Korrektur-Linse und/ oder eine weitere Kontrast-Korrektur-Linse mehrteilig ausgebildet ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Deflektorfeld mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Deflektoren umfasst, das im Bereich einer Zwischenbildebene angeordnet ist, wobei die Deflektoren dazu konfiguriert sind, elektromagnetische Ablenkfelder einstellbarer Stärke zu erzeugen, wobei im Betrieb die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen das Deflektorfeld durchsetzen und wobei die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen durch die Ablenkfelder um von der Stärke der Ablenkfelder abhängige Ablenkwinkel abgelenkt werden, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, die Stärke der elektromagnetischen Ablenkfelder zu steuern.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Deflektorfeld mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Deflektoren umfasst, das im Bereich einer Zwischenbildebene angeordnet ist, wobei die Deflektoren dazu konfiguriert sind, elektromagnetische Ablenkfelder einstellbarer Stärke zu erzeugen, wobei im Betrieb die ersten Einzel-Teilchenstrahlen das Deflektorfeld durchsetzen und wobei die ersten Einzel-Teilchenstrahlen durch die Ablenkfelder um von der Stärke der Ablenkfelder abhängige Ablenkwinkel abgelenkt werden, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, die Stärke der elektromagnetischen Ablenkfelder zu steuern.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei jeder der Deflektoren wenigstens ein Paar voneinander gegenüberliegenden Elektroden (47) aufweist, zwischen denen die ersten oder zweiten Einzel-Teilchenstrahlen den Deflektor durchsetzen, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, an die Elektroden des Paars von Elektroden voneinander verschiedene einstellbare elektrische Potentiale anzulegen.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Deflektorfeld ein Zentrum (53) aufweist, und wobei eine Verbindungslinie (51) zwischen Zentren der beiden Elektroden des Paars von Elektroden jedes Deflektors in Umfangsrichtung bezüglich des Zentrums des Deflektorfeldes orientiert ist.
Teilchenstrahlsystem gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei jeder der Deflektoren wenigstens eine erste Platte (56) und eine zweite Platte (57) aufweist, die im Strahlengang hintereinander angeordnet sind, wobei die erste Platte eine erste Öffnung (45) und die zweite Platte eine zweite Öffnung (45') aufweisen, die von den zweiten Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzt werden, wobei ein Zentrum der ersten Öffnung, gesehen in Richtung des Strahlengangs, relativ zu einem Zentrum der zweiten Öffnung lateral versetzt (61) ist, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, an die erste und die zweite Platte voneinander verschiedene elektrische Potentiale anzulegen.
Teilchenstrahlsystem gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Deflektorfeld ein Zentrum (53) aufweist, und wobei das Zentrum der ersten Öffnung, gesehen in Richtung des Strahlengangs, relativ zu dem Zentrum der zweiten Öffnung in Umfangsrichtung bezüglich des Zentrums des Deflektorfeldes versetzt ist.
Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Deflektoren des Deflektorfeldes eine gemeinsame erste Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von ersten Öffnungen und eine gemeinsame zweite Multiaperturplatte mit einer Vielzahl von zweiten Öffnungen aufweisen, wobei jeweils eine der ersten Öffnungen und eine der zweiten Öffnungen von den zweiten Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzt wird.