DE102022124933A1

DE102022124933A1 - Vielstrahl-Teilchenmikroskop mit verbessertem Strahlrohr

Info

Publication number: DE102022124933A1
Application number: DE102022124933.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Kelp; Maxim Mikirtychiyants; Sandra Vogel; Ralf Lenke; Ingo Müller; Dieter Schumacher; Joerg Jacobi
Original assignee: Carl Zeiss Multisem GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Multisem GmbH
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2024-03-28
Also published as: WO2024068043A1

Abstract

Offenbart wird ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop. Es weist unter anderem eine Teilchenquelle auf, welche konfiguriert ist, geladenen Teilchen auszusenden, und es weist eine Multiaperturanordnung auf, welche konfiguriert ist, um aus den geladenen Teilchen ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen zu erzeugen. Zwischen der Teilchenquelle und der Multiaperturanordnung ist ein Strahlrohrabschnitt angeordnet, wobei ein Kondensorlinsensystem mit einer Magnetlinse im Bereich des Stahlrohrabschnittes angeordnet sein kann. Der Strahlrohrabschnitt weist Rein-Titan oder eine Titan-Legierung auf oder der Strahlrohrabschnitt besteht aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung. Für die Permeabilitätszahl µRdes Rein-Titans oder der Titan-Legierung gilt µR≤ 1,0005, insbesondere µR≤ 1,00005. Durch diese Maßnahme lassen sich Einzel-Teilchenstrahlen besserer Qualität erzeugen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop, das mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen arbeitet. Konkret bezieht sich die Erfindung auf ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop mit einem verbesserten Strahlrohr.
Stand der Technik
Mit der kontinuierlichen Entwicklung immer kleinerer und komplexerer Mikrostrukturen wie Halbleiterbauelementen besteht ein Bedarf an der Weiterentwicklung und Optimierung von planaren Herstellungstechniken und von Inspektionssystemen zur Herstellung und Inspektion kleiner Abmessungen der Mikrostrukturen. Die Entwicklung und Herstellung der Halbleiterbauelemente erfordert beispielsweise eine Überprüfung des Designs von Testwafern, und die planaren Herstellungstechniken benötigen eine Prozessoptimierung für eine zuverlässige Herstellung mit hohem Durchsatz. Darüber hinaus wird neuerdings eine Analyse von Halbleiterwafern für das Reverse Engineering und eine kundenspezifische, individuelle Konfiguration von Halbleiterbauelementen gefordert. Es besteht deshalb ein Bedarf an Inspektionsmitteln, die mit hohem Durchsatz zur Untersuchung der Mikrostrukturen auf Wafern mit hoher Genauigkeit eingesetzt werden können.
Typische Siliziumwafer, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, haben Durchmesser von bis zu 300 mm. Jeder Wafer ist in 30 bis 60 sich wiederholende Bereiche („Dies“) mit einer Größe von bis zu 800 mm² unterteilt. Eine Halbleitervorrichtung umfasst mehrere Halbleiterstrukturen, die durch planare Integrationstechniken in Schichten auf einer Oberfläche des Wafers hergestellt sind. Aufgrund der Herstellungsprozesse weisen Halbleiterwafer typischerweise eine ebene Oberfläche auf. Die Strukturgröße der integrierten Halbleiterstrukturen erstreckt sich dabei von wenigen µm bis zu den kritischen Abmessungen (engl. „critical dimensions“, CD) von 5 nm, wobei in naher Zukunft die Strukturgrößen sogar noch kleiner werden; man rechnet zukünftig mit Strukturgrößen oder kritische Abmessungen (CD) unter 3 nm, beispielsweise 2 nm, oder sogar unter 1 nm. Bei den oben genannten kleinen Strukturgrößen müssen Defekte in der Größe der kritischen Abmessungen in kurzer Zeit auf einer sehr großen Fläche identifiziert werden. Für mehrere Anwendungen ist die Spezifikationsanforderung für die Genauigkeit einer von einem Inspektionsgerät bereitgestellten Messung sogar noch höher, beispielsweise um den Faktor zwei oder eine Größenordnung. Beispielsweise muss eine Breite eines Halbleitermerkmals mit einer Genauigkeit unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, gemessen werden, und eine relative Position von Halbleiterstrukturen muss mit einer Überlagerungsgenauigkeit von unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, bestimmt werden.
Eine neuere Entwicklung auf dem Gebiet der geladenen Teilchensysteme (engl. „charged particle microscopes“, CPM) ist das MSEM, ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop. Ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop ist beispielsweise in US 7 244 949 B2 und in US 2019/0355544 A1 offenbart. In einem Mehrstrahl-Elektronenmikroskop oder MSEM wird eine Probe mit einer Vielzahl von Einzel-Elektronenstrahlen, die in einem Feld oder Raster angeordnet sind, gleichzeitig bestrahlt. Es können beispielsweise 4 bis 10000 Einzel-Elektronenstrahlen als Primärstrahlung vorgesehen sein, wobei jeder Einzel-Elektronenstrahl durch einen Abstand von 1 bis 200 Mikrometern von einem benachbarten Einzel-Elektronenstrahl getrennt ist. Zum Beispiel hat ein MSEM ungefähr 100 getrennte Einzel-Elektronenstrahlen (engl. „beamlets“), die beispielsweise in einem hexagonalen Raster angeordnet sind, wobei die Einzel-Elektronenstrahlen durch einen Abstand von ungefähr 10 µm getrennt sind. Die Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen (Primärstrahlen) wird durch eine gemeinsame Objektivlinse auf eine Oberfläche einer zu untersuchenden Probe fokussiert. Die Probe kann zum Beispiel ein Halbleiterwafer sein, der an einem Waferhalter befestigt ist, der auf einem beweglichen Tisch montiert ist. Während der Beleuchtung der Waferoberfläche mit den geladenen primären Einzel-Teilchenstrahlen gehen Wechselwirkungsprodukte, z.B. Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen, von der Oberfläche des Wafers aus. Ihre Startpunkte entsprechen den Orten auf der Probe, auf die die Vielzahl von primären Einzel-Teilchenstrahlen jeweils fokussiert ist. Die Menge und Energie der Wechselwirkungsprodukte hängt von der Materialzusammensetzung und der Topographie der Waferoberfläche ab. Die Wechselwirkungsprodukte bilden mehrere sekundäre Einzel-Teilchenstrahlen (Sekundärstrahlen), die von der gemeinsamen Objektivlinse gesammelt und durch ein Projektionsabbildungssystem des Mehrstrahlinspektionssystems auf einen Detektor treffen, der in einer Detektionsebene angeordnet ist. Der Detektor umfasst mehrere Detektionsbereiche, von denen jeder mehrere Detektionspixel umfasst, und der Detektor erfasst eine Intensitätsverteilung für jeden der sekundären Einzel-Teilchenstrahlen. Dabei wird ein Bildfeld von beispielsweise 100 µm × 100 µm erhalten.
Das Mehrstrahl-Elektronenmikroskop des Standes der Technik umfasst eine Folge von elektrostatischen und magnetischen Elementen. Zumindest einige der elektrostatischen und magnetischen Elemente sind einstellbar, um die Fokusposition und die Stigmation der Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen anzupassen. Das Mehrstrahl-System mit geladenen Teilchen des Standes der Technik umfasst zudem mindestens eine Überkreuzungsebene der primären oder der sekundären geladenen Einzel-Teilchenstrahlen. Des Weiteren umfasst das System des Standes der Technik Detektionssysteme, um die Einstellung zu erleichtern. Das Mehrstrahl-Teilchenmikroskop des Standes der Technik umfasst mindestens einen Strahlablenker (engl. „deflection scanner“) zum kollektiven Abtasten eines Bereiches der Probenoberfläche mittels der Vielzahl von primären Einzel-Teilchenstrahlen, um ein Bildfeld der Probenoberfläche zu erhalten. Weitere Einzelheiten über ein Mehrstrahl-Elektronenmikroskops und über ein Verfahren zum Betreiben desselben sind in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 102020206739.2 , eingereicht am 28. Mai 2020, sowie in den zugehörigen Patentfamiliendokumenten beschrieben, deren Offenbarung vollständig durch in Bezugnahme in diese Patentanmeldung mit aufgenommen wird.
Um mit einem Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop oder allgemeiner mit einem Vielstrahl-Teilchenmikroskop hochauflösende Bilder zu gewinnen und/ oder hochgenaue Vermessungen von Strukturen durchführen zu können, müssen die dazu verwendeten Einzel-Teilchenstrahlen bestmögliche teilchenoptische Eigenschaften aufweisen. Gemäß dem Stand der Technik werden deshalb Eigenschaften bzw. Abweichungen der erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen vom idealen Strahlprofil im teilchenoptischen Strahlengang korrigiert, Abbildungsfehler durch teilchenoptische Linsen werden korrigiert und bekannte Störeinflüsse z.B. mechanischer, akustischer oder magnetischer Art auf die Einzel-Teilchenstrahlen werden nach Möglichkeit eliminiert. Zu diesen Maßnahmen zählt auch der Einsatz bzw. Verzicht auf Materialien mit bestimmten Eigenschaften. So werden die Teilchenstrahlen unter Vakuum bzw. Hochvakuum in einem sogenannten Strahlrohr geführt, das gemäß dem Stand der Technik aus einem Stahl gefertigt ist, der sich sehr gut verarbeiten lässt und außerdem praktisch keine Magnetisierbarkeit bzw. eine sehr niedrige Permeabilitätszahl aufweist.
Mit einer immer weiter fortschreitenden Verbesserung der Auflösung von Vielstrahl-Teilchenmikroskopen nehmen die Anforderungen an die Qualität der erzeugten Einzel-Teilchenstrahlen ebenfalls weiter zu und es besteht deshalb fortwährender Verbesserungsbedarf.
Aus der US 11,087,955 B2 ist bekannt, im Bereich der Strahlweiche von Vielstrahl-Teilchenmikroskopen eine Strahlrohranordnung einzusetzen, die einstückig ist und somit ohne Schweißnähte oder Lötstellen oder Lötnähte auskommt. In diesem Fall kann das Material für die Strahlrohranordnung im Bereich der Strahlweiche Kupfer oder Titan aufweisen.
Beschreibung der Erfindung
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein insgesamt verbessertes Vielstrahl-Teilchenmikroskop bereitzustellen. Es soll insbesondere eine verbesserte Auflösung ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den unabhängigen Patentanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Für eine präzise Erzeugung von geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen mittels Durchsetzen einer Multiaperturplatte (Filterplatte) ist es wichtig, dass diese Multiaperturplatte präzise ausgeleuchtet bzw. bestrahlt wird. Ist bereits die Beleuchtung nicht exakt genug, so wird es deutlich erschwert oder gar unmöglich, beim Auftreffen der geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen auf einer Probe die gewünschten teilchenoptischen Eigenschaften der Strahlen zu gewährleisten. Fehler gleich bei der Bildung der ersten Einzel-Teilchenstrahlen pflanzen sich beim Durchgang durch die Teilchenoptik grundsätzlich fort und können nur schwer oder gar nicht mehr korrigiert werden.
Zum Beleuchten werden Kollimationslinsensysteme oder allgemeiner Kondensorlinsensysteme mit einer oder mehreren Teilchenlinsen eingesetzt. Zusätzlich werden Deflektoren oder Ablenker eingesetzt, um die Richtung des beleuchtenden Strahls möglichst exakt einzustellen oder zu korrigieren.
Die durch die Linsen erzeugten Linsenfelder dürfen möglichst nicht gestört werden. Das gilt insbesondere auch für die häufig verwendeten Systeme mit einer Mehrzahl von Magnetlinsen. Treten in der Umgebung von Magnetlinsen weitere Magnetfelder auf, so stören diese das Magnetlinsenfeld und die Qualität von Teilchenstrahlen verschlechtert sich. Aus diesem Grunde werden bei Vielstrahl-Teilchenmikroskopen gemäß dem Stand der Technik im Beleuchtungsbereich Strahlrohre aus Stahl eingesetzt, die eine niedrige Permeabilitätszahl aufweisen, beispielsweise µ_R ≤ 1,010 oder µ_R ≤ 1,005.
Eine Spezifikation der für das Strahlrohr verwendeten Werkstoffe mit einer Permeabilitätszahl µ_R ≤ 1,005 wird normalerweise als ausreichend gut angesehen. Es hat sich nun aber überraschend herausgestellt, dass auch bei Werkstoffen, die über eine entsprechende Spezifikation verfügen, die maximal zulässige Permeabilitätszahl überschritten werden kann. Die Erfinder haben möglich Ursachen hierfür genauer untersucht. Eine mögliche Ursache für die erhöhte Permeabilitätszahl ist demnach das Auftreten von Verformungen. Nicht rostende Stähle sind als Legierungen des Eisens mit mindestens 10,5% Chrom und höchstens 1,2% Kohlenstoff definiert. Weitere Legierungsbestandteile wie beispielsweise Nickel, Molybdän, Stickstoff und Schwefel können weitere Eigenschaften positiv beeinflussen. Hauptbestandteil von nichtrostenden Stählen ist jedoch stets das Eisen. Reines Eisen ist polymorph, d.h. es kann in unterschiedlicher Gestalt oder Modifikation vorkommen. Je nach Gitterstruktur hat Eisen bzw. haben Eisenlegierungen unterschiedliche magnetische Eigenschaften. Mit Austenit wird die kubisch-flächenzentrierte Modifikation oder Phase des reinen Eisens und seiner Mischkristalle bezeichnet. Austenit ist paramagnetisch. Bei Verformung kann sich jedoch das Austenit in Martensit umwandeln, welches ferromagnetisch ist. In der Folge steigt die Permeabilitätszahl.
Zu entsprechenden Verformungen kann es bereits bei der Zerspanung von Stahl kommen. Auch hat sich herausgestellt, dass entsprechende Verformungen auch in Form von Transportschäden auftreten können. Es wurde deshalb versucht, entsprechende Transportsicherungen zu entwickeln, um Erschütterungen und somit schädliche Verformungen zu reduzieren. Im Ergebnis war diese Maßnahme jedoch nicht erfolgreich, um die Permeabilitätszahl prozesssicher zu reduzieren bzw. entsprechend klein zu halten.
Des Weiteren wurde der Ansatz gewählt, durch Glühen des Werkstoffes martensitische Gefüge zurück zu Austenit zu wandeln. Dieses Glühen führte zu einer Verminderung der Permeabilität bzw. der Permeabilitätszahl. Bei diesem Glühen handelt es sich allerdings nicht um einen Standard-Prozessschritt, und es hat sich überraschend gezeigt, dass zwar kurz nach dem Glühen die Permeabilitätszahl kleiner (also besser) wird, die Permeabilitätszahl im Laufe der Zeit aber ansteigt (also schlechter wird).
Aufgrund dieser Untersuchungen sind die Erfinder zu der Erkenntnis gelangt, dass mit den im Stand der Technik eingesetzten Werkstoffen die Permeabilitätszahl für das Strahlrohr nicht signifikant verbessert bzw. nicht dauerhaft sicher auf dem angestrebten Niveau gehalten werden kann.
Titan ist ein Leichtmetall, das über sehr gute mechanische Eigenschaften und über eine sehr niedrige Permeabilitätszahl verfügt. Allerdings ist Titan bzw. sind Titan-Legierungen schwer zu verarbeiten. Das Schweißen von Titan auf Titan ist schwierig, da das Material spröde werden kann. Dennoch ist im Bereich des Beleuchtungspfads bzw. in der Umgebung des Kondensorlinsensystems von Vielstrahl-Teilchenmikroskopen ein Schweißen von Titan auf Titan nicht zu vermeiden, Einstückigkeit ist hier (anders als bei der US 11,087,955 B2 ) keine Option:

Die Länge eines Strahlrohrabschnittes im Bereich des Kondensorlinsensystems beträgt typischerweise einige Zentimeter, beispielsweise zwischen 10 cm und 15 cm oder noch mehr. Bei dieser Länge ist es notwendig, Form- und Lagetoleranzen zu korrigieren, um das nötige Vakuum bzw. Hochvakuum im Strahlrohr zu erzeugen. Es ist mithin unumgänglich, einen Membranbalg oder mehrere Membranbälge aus Titan oder einer Titanlegierung vorzusehen. Die gängige Meinung von entsprechenden Herstellern bzw. dem Fachmann ist deshalb, dass Titan für eine Verwendung als Strahlrohrabschnitt im Beleuchtungsabschnitt bzw. auf Höhe des Kondensorlinsensystems wegen der geforderten Spezifikationen nicht in Frage kommt.

Bei umfangreichen Recherchen der Erfinder hat sich dann aber herausgestellt, dass entgegen der etablierten Auffassung in der Fachwelt eine Verarbeitung von Titan auf die geforderte Art und Weise zwar schwierig, jedoch gleichwohl möglich ist.
Der Erfindung liegen also im Prinzip zwei wichtige Erkenntnisse zugrunde:

1. Obwohl bei einem Strahlrohrabschnitt im Bereich des Kondensorlinsensystems bzw. vor einer Multiaperturanordnung, d.h. vor einer ersten Filterplatte, die Permeabilitätszahl von Stahl so niedrig gewählt sein kann (µ_f ≤ 1,005), dass de facto keine Probleme bei der Strahlqualität auftreten sollten, kommt es überraschend doch zu einer Beeinträchtigung der Strahlqualität.
2. Entgegen der im Stand der Technik verbreiteten Auffassung ist Titan für den beabsichtigten Einsatz auch tatsächlich verarbeitbar.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese somit auf ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop, das Folgendes aufweist:

eine Teilchenquelle, welche konfiguriert ist, geladenen Teilchen auszusenden;
eine Multiaperturanordnung, die im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass mindestens einige der Teilchen Öffnungen der Multiaperturanordnung in Form von mehreren Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzen, so dass ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen erzeugt wird, und;
eine erste Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten ersten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Objektebene abzubilden, so dass die ersten Einzel-Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf ein Objekt treffen, die ein zweites Feld bilden;
eine Detektionseinheit 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 Objektivlinse, durch die sowohl die ersten als auch die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtreten;
eine Strahlweiche, die in dem ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Multiaperturanordnung und der Objektivlinse angeordnet ist, und die im zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und der Detektionseinheit angeordnet ist;
eine Steuerung, die konfiguriert ist, um das Vielstrahl-Teilchenmikroskop oder Bestandteile des Vielstrahl-Teilchenmikroskops anzusteuern; und
ein evakuierbares Strahlrohr, in dem die geladenen Teilchen und/ oder die geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen und/ oder die geladenen zweiten Einzel-Teilchenstrahlen wenigstens abschnittsweise geführt werden,
wobei das evakuierbare Strahlrohr einen Strahlrohrabschnitt aufweist, der zwischen der Teilchenquelle und der Multiaperturanordnung angeordnet ist,
wobei der Strahlrohrabschnitt Rein-Titan oder eine Titan-Legierung aufweist oder wobei der Strahlrohrabschnitt aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung besteht,
wobei für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titans oder der Titan-Legierung Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,0005.

Es ist mindestens eine Teilchenquelle vorgesehen, es können aber auch mehrere Teilchenquellen vorgesehen sein. 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. mithilfe einer thermischen Feldemissionsquelle (TFE) erzeugt werden. Aber auch andere Teilchenquellen können Verwendung finden. Die jedem ersten Einzel-Teilchenstrahl zugeordneten Einzelfeldbereiche des Objekts (zweites Feld) werden rasternd, z.B. zeilenweise oder spaltenweise, abgescannt. Dabei ist es bevorzugt so, dass die Einzelfeldbereiche einander benachbart sind bzw. das Objekt oder einen Teil desselben kachelnd abdecken. Die Einzelfeldbereiche sind im Wesentlichen separat voneinander, sie können aber in den Randbereichen miteinander überlappen. Auf diese Weise ist es möglich, ein möglichst vollständiges und zusammenhängendes Bild des Objekts zu erhalten. Bevorzugt sind die Einzelfeldbereiche rechteckig oder quadratisch ausgebildet, da dies für den Abtastvorgang mithilfe der Teilchenstrahlung am einfachsten zu realisieren ist. Bevorzugt sind die Einzelfeldbereiche als Rechtecke in verschiedenen Zeilen übereinander derart angeordnet, so dass sich insgesamt eine hexagonale Struktur ergibt. Es ist vorteilhaft, wenn die Zahl der Teilchenstrahlen 3n (n-1)+1, mit n einer beliebigen natürlichen Zahl, im hexagonalen Fall beträgt. Andere Anordnungen der Einzelfeldbereiche, z.B. in einem quadratischen oder rechteckigen Raster, sind ebenfalls möglich.
Bei den zweiten Einzel-Teilchenstrahlen kann es sich um Rückstreuelektronen oder aber um Sekundärelektronen handeln. Dabei ist es für Analysezwecke bevorzugt so, dass die niederenergetischen Sekundärelektronen für die Bilderzeugung verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass Spiegel-Ionen/ Spiegelelektronen als zweite Einzel-Teilchenstrahlen verwendet werden, also direkt vor bzw. an dem Objekt umkehrende erste Einzel-Teilchenstrahlen.
Die Multiaperturanordnung umfasst mindestens eine Multiaperturplatte, die eine Vielzahl von insbesondere runden Öffnungen aufweist, die von dem geladenen Teilchenstrahl durchsetzt werden. Es ist auch möglich, dass die Multiaperturanordnung mehrere Multiaperturplatten aufweist. Die Multiaperturanordnung kann auch ein oder mehrere Multi-Linsen-Arrays aufweisen. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Multiaperturanordnung ein Multi-Deflektor-Array aufweist. Sie kann ein Multi-Stigmator-Array umfassen. Die Multiaperturanordnung kann in Form einer Baugruppe vorgesehen sein, dies muss jedoch nicht der Fall sein. Die Multiaperturanordnung kann insbesondere die sogenannte Mikrooptik des Vielstrahl-Teilchenmikroskops umfassen oder daraus bestehen.
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop umfasst ein evakuierbares Strahlrohr, in dem die geladenen Teilchen und/oder die geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen und/oder die geladenen zweiten Einzel-Teilchenstrahlen wenigstens abschnittsweise geführt werden. Das bedeutet, dass das Strahlrohr in verschiedene Abschnitte unterteilbar sein kann. Diese können aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien bestehen. Es ist beispielsweise möglich, dass das Strahlrohr von Vakuumkammern, in denen andere Komponenten des Vielstrahl-Teilchenmikroskops angeordnet sein können, unterbrochen wird. Das erzeugbare Vakuum oder Hochvakuum beträgt beispielsweise weniger als 10^-5 mbar, bevorzugt weniger als 10^-7 mbar oder weniger als 10^-9 mbar.
Das evakuierbare Strahlrohr weist erfindungsgemäß einen Strahlrohrabschnitt auf, der zwischen der Teilchenquelle und der Multiaperturanordnung angeordnet ist. Dieser Strahlrohrabschnitt kann sich beispielsweise vollständig von der Teilchenquelle bzw. der Kammer, in der sie sich befindet, bis zur Multiaperturanordnung bzw. einer weiteren Kammer, in der sich die Multiaperturanordnung befindet, erstrecken. Dieser Strahlrohrabschnitt weist dann die erfindungsgemäßen Eigenschaften auf. Es ist aber auch möglich, wenn auch nicht bevorzugt, dass der Strahlrohrabschnitt nur einer von mehreren Abschnitten zwischen der Teilchenquelle und der Multiaperturanordnung ist. Dann jedenfalls sollte es der längste Strahlrohrabschnitt zwischen der Teilchenquelle und der Multiaperturanordnung sein und / oder der Abschnitt, der am nächsten zu einem Kondensorlinsensystem des Vielstrahl-Teilchenmikroskops angeordnet ist.
Erfindungsgemäß weist der Strahlrohrabschnitt Rein-Titan oder eine Titan-Legierung auf oder der Strahlrohrabschnitt besteht aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung, wobei für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titans oder der Titan-Legierung Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,0005. Die geforderte Permeabilitätszahl liegt somit mindestens eine Größenordnung unter der bislang als ausreichend angesehenen Permeabilitätszahl (µ_R ≤ 1,005). Bevorzugt gilt für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titans oder der Titan-Legierung Folgendes: µ_R ≤ 1,00005. Dieser Wert liegt zwei Größenordnungen unterhalb des bisher als ausreichend angesehenen Wertes.
Die Begriffe Rein-Titan sowie Titan-Legierung werden im Rahmen dieser Patentanmeldung wie in den Materialwissenschaften üblich verwendet. Titan wird dabei nach dem US-amerikanischen Standard ASTM mit Grade 1 bis 39 charakterisiert. Grade 1 bis 4 bezeichnet Rein-Titan verschiedener Reinheitsgrade. Ab Titan Grade 5 handelt es sich um Titanlegierungen mit verschiedenen Hauptlegierungselementen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielstrahl-Teilchenmikroskop des Weiteren ein Kondensorlinsensystem mit mindestens einer Magnetlinse auf, das konfiguriert ist, um die Multiaperturanordnung mit den geladenen Teilchen zu beleuchten, und das im Bereich des Strahlrohrabschnittes angeordnet ist. Beispielsweise kann das Kondensorlinsensystem um den Strahlrohrabschnitt herum angeordnet sein; es ist auch möglich, dass eine oder mehrere der Magnetlinsen in den Strahlrohrabschnitt eingelassen oder integriert sind. Entscheidend bei der Anordnung des Kondensorlinsensystems im Bereich des Strahlrohrabschnittes ist, dass im Bereich des Strahlrohrabschnittes das Linsenfeld der mindestens einen Magnetlinse wirksam ist. Würde nun der entsprechende Strahlrohrabschnitt magnetisiert bzw. magnetisch, so käme es zu einer Überlagerung mit dem Magnetlinsenfeld und somit zu einer Störung, die auch asymmetrisch bezogen auf die Strahlachse sein kann. In der Folge würden dann die Wellenfronten des geladenen Teilchenstrahls nicht mehr exakt eben bzw. parallel zur ersten Multiaperturplatte der Multiaperturanordnung ausgerichtet sein und das erzeugte Feld von geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen würde dann Teilchenstrahlen umfassen, die nicht exakt parallel zueinander orientiert sind. Die Telezentriebedingung beim Auftreffen auf die Multiaperturanordnung bei Bildung der Einzel-Teilchenstrahlen wäre nicht streng genug erfüllt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielstrahl-Teilchenmikroskop des Weiteren Folgendes auf:

eine evakuierbare Kammer, in der die Multiaperturanordnung angeordnet ist, wobei die evakuierbare Kammer einen Deckel aufweist, der mit dem Strahlrohrabschnitt verbunden ist,
wobei der Deckel Rein-Titan oder eine Titan-Legierung aufweist oder wobei der Deckel aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung besteht, und
wobei für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titans oder der Titan-Legierung Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,0005, bevorzugt µ_R ≤ 1,00005.

Der Deckel der evakuierbaren Kammer befindet sich also auf der Seite der Kammer, die der Teilchenquelle zugewandt ist. Der Deckel befindet sich deshalb verhältnismäßig nahe auch an einem normalerweise vorgesehenen Kondensorlinsensystem mit einer oder mehreren Magnetlinsen. Ein wenn auch nur sehr leicht magnetischer bzw. magnetisierbarer Deckel wurde deshalb ebenfalls mit dem geladenen Teilchenstrahl insbesondere beim Durchgang durch Magnetlinsenfelder des Kondensorlinsensystems wechselwirken und die Strahlqualität negativ beeinflussen. Deshalb gelten für die Materialwahl des Deckels der evakuierbaren Kammer, in der die Multiaperturanordnung angeordnet ist, im Prinzip dieselben Überlegungen wie auch für den Strahlrohrabschnitt. Auch hier wird bevorzugt Rein-Titan oder eine Titan-Legierung mit sehr kleiner Permeabilitätszahl als Werkstoff verwendet.
Der Deckel selbst ist bevorzugt einstückig ausgebildet, um die Ausbildung von Schweißnähten zu vermeiden, die zusätzliche Störungen hervorrufen könnten. Die geometrische Form des Deckels ist wenig entscheidend, er kann beispielsweise im Wesentlichen rund oder auch vieleckig, beispielsweise quadratisch, ausgebildet sein.
Eine Verbindung des Strahlrohrabschnittes mit dem Deckel erfolgt bevorzugt mittels Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Plasmaschweißen. Aber auch andere Schweißverfahren sind theoretisch denkbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Strahlrohrabschnitt und/oder der Deckel einen der folgenden Werkstoffe auf oder der Strahlrohrabschnitt und/oder der Deckel besteht aus einem der folgenden Werkstoffe: Titan Grade 2, Titan Grade 5 oder Titan Grade 9. Die Bezeichnungen entsprechen dabei dem US-amerikanischen Standard gemäß ASTM. Bei Titan Grade 2 handelt es sich um technisch reines Titan. Bei Titan Grade 5 handelt es sich um eine Titanlegierung, deren Hauptlegierungselemente Aluminium und Vanadium sind. Im Gegensatz zum Rein-Titan kann Titan Grade 5 ausgehärtet werden. Seine mechanischen Eigenschaften sind noch einmal besser. Bei Titan Grade 9 handelt es sich um eine Titanlegierung mit den Hauptlegierungselementen Aluminium und Vanadium. Titan Grade 9 ist ein Kompromiss zwischen den noch verhältnismäßig guten Schweiß- und Fertigungseigenschaften von Rein-Titan einerseits und der hohen Festigkeit von Titan Grade 5 andererseits.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen der Strahlrohrabschnitt und/oder der Deckel einen der folgenden Werkstoffe auf oder bestehen aus einem der folgenden Werkstoffe: 3.7035, 3.7164, 3.7165, 3.7195. Dabei beziehen sich die angegebenen Werkstoffnummern auf die Werkstoffnummern gemäß europäischer Normung. Die genannten Werkstoffe weisen eine Permeabilitätszahl von 1,00005 auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Strahlrohrabschnitt und der Deckel aus demselben Werkstoff hergestellt. Es handelt sich also beispielsweise um Rein-Titan desselben Grades oder um dieselbe Titan-Legierung desselben Grades oder um Werkstoffe mit identischer Werkstoffnummer gemäß europäischer Normung. Dies erleichtert das Verschweißen des Strahlrohrabschnittes mit dem Deckel bzw. macht diesen Schweißprozess überhaupt erst möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Strahlrohrabschnitt entlang seiner Achse eine Länge von mindestens 10 cm auf. Der Strahlrohrabschnitt kann beispielsweise 10, 11, 12, 13, 14 oder 15 cm lang sein, er kann aber auch noch länger sein. Je länger der Strahlrohrabschnitt ist, desto anfälliger ist er im Prinzip für Verformungen und desto leichter kann beispielsweise bei der Produktion und/oder beim Transport der Werkstoff bzw. seine Permeabilitätszahl durch Verformungen beeinträchtigt werden. Umso wichtiger ist es, als Werkstoffe Rein-Titan oder eine Titan-Legierung mit noch einmal deutlich niedrigerer Permeabilitätszahl als bei Stahl zu verwenden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Strahlrohrabschnitt mehrere Teile auf, die mittels Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Plasmaschweißen miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist Elektronenstrahlschweißen. Durch die Verwendung mehrerer Teile, die miteinander verschweißt sind, wird es möglich, Form- und Lagetoleranzen des Strahlrohrabschnittes insgesamt auszugleichen. Der Strahlrohrabschnitt insgesamt weist dann gegebenenfalls eine leichte Beweglichkeit auf, insbesondere dann, wenn ein oder mehrere Membranbälge verbaut werden. Dies ist wichtig in Bezug auf die Erzeugung des Vakuums bzw. Hochvakuums in dem Strahlrohr und somit auch in dem Strahlrohrabschnitt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Strahlrohrabschnitt Folgendes auf: ein Teilchenquellen-nahes Kopfstück, ein rohrartiges Mittelstück und ein Multiaperturanordnung-nahes Endstück,
wobei zwischen dem Kopfstück und dem Mittelstück ein Membranbalg mit mindestens zwei Membranen vorgesehen ist, und/oder
wobei zwischen dem Mittelstück und dem Endstück ein Membranbalg mit mindestens zwei Membranen vorgesehen ist.
Das rohrartige Mittelstück des Strahlrohrabschnittes ist bevorzugt das längste Stück oder längste Teil des Strahlrohrabschnittes. Es kann deshalb geometrisch besonders einfach ausgebildet sein, insbesondere echt rohrförmig bzw. mit im Wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. Das Teilchenquellen-nahe Kopfstück kann eine andere Form als eine ideale Rohrform aufweisen, insbesondere ein Querschnitt des Kopfstücks kann größer ausgebildet als beim Mittelstück sein. Es ist zu berücksichtigen, dass das Kopfstück ausgebildet sein soll, um im Bereich der Teilchenquelle dichtend abzuschließen, was eine andere Formgebung erfordern kann, beispielsweise dann, wenn auch die Teilchenquelle in einer Vakuumkammer untergebracht ist. Ähnliche Überlegungen gelten für das Multiaperturanordnung-nahe Endstück, das beispielsweise in Form eines Flansches ausgebildet sein kann. Die genaue Form sowohl des Kopfstückes als auch des Endstückes hängt von dem daran zu verbindenden bzw. anzuschweißenden weiteren Teil ab, und die geometrische Form des Kopfstückes und des Endstückes kann so ausgelegt werden, dass Schweißnähte optimal vorbereitet sind.
Die beiden Membranbälge sorgen für eine leichte Beweglichkeit zwischen den durch sie verbundenen Stücken des Strahlrohrabschnittes. Sie können baugleich sein, müssen aber nicht baugleich sein. Ein Membranbalg kann zwei oder mehr als zwei Membranen umfassen. Die zwei Membranen eines Balges können miteinander verschweißt sein; insbesondere mittels Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Plasmaschweißen. Vor dem Schweißvorgang kann die Membran oder können die Membranen integraler Bestandteil des Kopfstückes, des Mittelstückes oder des Endstückes sein. Alternativ können sie an das Kopfstück, das Mittelstück oder das Endstück ebenfalls angeschweißt worden sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für eine Materialstärke d einer Membran: d ≤ 0,50mm, bevorzugt d ≤ 0,20mm oder d ≤ 0,15mm; und/ oder ein Membranbalg ist durch Verschweißen, insbesondere Elektronenstrahlschweißen, der zwei Membranen miteinander gebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Strahlrohrabschnitt und der Deckel mittels Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Plasmaschweißen miteinander verbunden. Bevorzugt ist dabei das Multiaperturanordnung-nahe Endstück mit dem Deckel mittels Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Plasmaschweißen verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die evakuierbare Kammer, in der die Multiaperturanordnung angeordnet ist, eine Seitenwand auf, die einen Werkstoff aufweist oder aus einem Werkstoff besteht, für dessen Permeabilitätszahl µ_R Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,01. Die Permeabilitätszahl µ_R dieser Seitenwand ist also deutlich größer als die Permeabilitätszahl des Strahlrohrabschnittes und insbesondere auch als die Permeabilitätszahl des Deckels: Im Bereich der Seitenwand der evakuierbaren Kammer ist es nämlich nicht mehr zwingend notwendig, die Permeabilitätszahl auf dem äußersten niedrigen Niveau zu halten. Eine Seitenwand der evakuierbaren Kammer ist zum einen von dem Elektronenstrahl bzw. der Vielzahl der Einzel-Teilchenstrahlen weiter entfernt und zum anderen befindet sich die Seitenwand in einem größeren Abstand zu den Kondensorlinsen bzw. zu den Linsenfeldern der Magnetlinsen. Eine daraus resultierende Störung des teilchenoptischen Strahlenganges ist damit wesentlich weniger wahrscheinlich. Es kann also auf leichter zu verarbeitende Werkstoffe - wie bisher gemäß dem Stand der Technik - bei den Seitenwänden der Kammer zurückgegriffen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die evakuierbare Kammer eine Seitenwand auf, die einen der folgenden Werkstoffe aufweist oder daraus besteht: 1.4435, 1.3952, 1.4429, 1.4369. Die Werkstoffnummern beziehen sich wiederum auf die europäische Normung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Deckel mit der Seitenwand verschraubt. Diese Art der Verbindung ist besonders einfach und sie ist deshalb bevorzugt. Bevorzugt werden für die Verschraubung Titan-Schrauben eingesetzt, die bevorzugt eine Beschichtung umfassend Wolframdisulfid aufweisen. Beispielsweise kann für die Beschichtung speziell modifiziertes Wolframdisulfid in lamellarer Form verwendet werden, das unter der Handelsbezeichnung Dicronite ® erhältlich ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für die Permeabilitätszahlen des Strahlrohrabschnittes, des Deckels und der Seitenwand Folgendes:

a) µ_{R-Strahlrohrabschnitt} < µ_R-Seitenwand; und / oder
b) µ_R-Deckel < µ_R-Seitenwand; und / oder
c) µ_{R-Strahlrohrabschnitt} = µ_R-Deckel.

Die Größenunterschiede in den Fällen a) und b) können beispielsweise einen Faktor 10 oder einen Faktor 100 betragen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Strahlrohr einen weiteren Strahlrohrabschnitt auf, wobei der weitere Strahlrohrabschnitt Rein-Titan oder eine Titan-Legierung aufweist oder wobei der Strahlrohrabschnitt aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung besteht, und wobei für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titans oder der Titan-Legierung des weiteren Strahlrohrabschnittes Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,0005, bevorzugt µ_R ≤ 1,00005. Es ist möglich, diesen weiteren Strahlrohrabschnitt ebenfalls an einem Ort des Strahlrohres vorzusehen, an dem eine oder mehrere weitere Magnetlinsen angeordnet sind. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Magnetlinse des Feldlinsensystems oder um eine Magnetlinse eines Projektionslinsensystems handeln.
Die verschiedenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, soweit dadurch keine technischen Widersprüche resultieren.
Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

1: zeigt ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop in schematischer Darstellung (MSEM);
2: zeigt schematisch ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop mit Strahlrohr;
3: zeigt schematisch ein ideales Auftreffen eines beleuchtenden Teilchenstrahls auf einer Multiaperturanordnung;
4: zeigt schematisch und nicht maßstabsgetreu ein nicht-telezentrisches Auftreffen eines beleuchtenden Teilchenstrahls auf einer Multiaperturanordnung;
5: zeigt schematisch einen Aufbau eines Strahlrohrabschnitts, der Rein-Titan oder eine Titan-Legierung mit niedriger Permeabilitätszahl aufweist; und
6: zeigt schematisch einen Aufbau eines Strahlrohrabschnitts und einer damit verbundenen evakuierbaren Kammer, in der eine Multiaperturanordnung angeordnet ist.

1 ist eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems 1 in Form eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1, welches eine Vielzahl von Teilchenstrahlen einsetzt. Das Teilchenstrahlsystem 1 erzeugt eine Vielzahl von Teilchenstrahlen, welche auf ein zu untersuchendes Objekt treffen, um dort Wechselwirkungsprodukte, bspw. Sekundärelektronen, zu generieren, welche von dem Objekt ausgehen und nachfolgend detektiert werden. Das Teilchenstrahlsystem 1 ist vom Rasterelektronenmikroskop-Typ („scanning electron microscope“, SEM), welches mehrere primäre Teilchenstrahlen 3 einsetzt, die an mehreren Orten 5 auf eine Oberfläche des Objekts 7 auftreffen und dort mehrere räumlich voneinander getrennte Elektronenstrahlflecken oder Spots erzeugen. Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein, bspw. ein Halbleiterwafer oder eine biologische Probe, und eine Anordnung miniaturisierter Elemente oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche des Objekts 7 ist in einer ersten Ebene 101 (Objektebene) einer Objektivlinse 102 eines Objektivlinsensystems 100 angeordnet.
Der vergrößerte Ausschnitt I1 der 1 zeigt eine Draufsicht auf die Objektebene 101 mit einem regelmäßigen rechtwinkligen Feld 103 von Auftrefforten 5, welche in der ersten Ebene 101 gebildet werden. In 1 beträgt die Zahl der Auftrefforte 25, welche ein 5 x 5-Feld 103 bilden. Die Zahl 25 an Auftrefforten ist eine aus Gründen der vereinfachten Darstellung gewählte Zahl. In der Praxis kann die Zahl an Strahlen, und damit die Zahl der Auftrefforte, wesentlich größer gewählt werden, wie bspw. 20 × 30, 100 × 100 und dergleichen.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Feld 103 von Auftrefforten 5 ein im Wesentlichen regelmäßiges rechtwinkliges Feld mit einem konstanten Abstand P1 zwischen benachbarten Auftrefforten. Beispielhafte Werte des Abstands P1 sind 1 Mikrometer, 10 Mikrometer und 40 Mikrometer. Es ist jedoch auch möglich, dass das Feld 103 andere Symmetrien aufweist, wie bspw. eine hexagonale Symmetrie.
Ein Durchmesser der in der ersten Ebene 101 geformten Strahlflecken kann klein sein. Beispielhafte Werte dieses Durchmessers betragen 1 Nanometer, 5 Nanometer, 10 Nanometer, 100 Nanometer und 200 Nanometer. Das Fokussieren der Partikelstrahlen 3 zur Formung der Strahlflecken 5 erfolgt durch das Objektivlinsensystem 100.
Die auf das Objekt treffenden Primärteilchen generieren Wechselwirkungsprodukte bspw. Sekundärelektronen, Rückstreuelektronen oder Primärteilchen, die aus anderweitigen Gründen eine Bewegungsumkehr erfahren haben, welche von der Oberfläche des Objekts 7 oder von der ersten Ebene 101 ausgehen. Die von der Oberfläche des Objekts 7 ausgehenden Wechselwirkungsprodukte werden durch die Objektivlinse 102 zu sekundären Teilchenstrahlen 9 geformt. Das Teilchenstrahlsystem 1 stellt einen Teilchenstrahlengang 11 bereit, um die Vielzahl sekundärer Teilchenstrahlen 9 einem Detektorsystem 200 zuzuführen. Das Detektorsystem 200 umfasst eine Teilchenoptik mit einer Projektionslinse 205, um die sekundären Teilchenstrahlen 9 auf einen Teilchen-Multi-Detektor 209 zu richten.
Der Ausschnitt I2 in 1 zeigt eine Draufsicht auf die Ebene 211, in welcher einzelne Detektionsbereiche 215 des Teilchen-Multi-Detektors 209 liegen, auf welche die sekundären Teilchenstrahlen 9 an Orten 213 auftreffen. Die Auftrefforte 213 liegen in einem Feld 217 mit einem regelmäßigen Abstand P2 zueinander. Beispielhafte Werte des Abstands P2 sind 10 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer.
Die primären Teilchenstrahlen 3 werden in einer Strahlerzeugungsvorrichtung 300 erzeugt, welche wenigstens eine Teilchenquelle 301 (z.B. eine Elektronenquelle), wenigstens eine Kollimationslinse 303, eine Multiaperturanordnung 305 und eine Feldlinse 307 umfasst. Die Teilchenquelle 301 erzeugt einen divergierenden Teilchenstrahl 309, welcher durch die Kollimationslinse 303 kollimiert oder zumindest weitgehend kollimiert wird, um einen Strahl 311 zu formen, welcher die Multiaperturanordnung 305 beleuchtet.
Der Ausschnitt I3 in 1 zeigt eine Draufsicht auf die Multiaperturanordnung 305. Die Multiaperturanordnung 305 umfasst eine Multiaperturplatte 313 welche eine Mehrzahl von darin ausgebildeten Öffnungen bzw. Aperturen 315 aufweist. Mittelpunkte 317 der Öffnungen 315 sind in einem Feld 319 angeordnet, welches auf das Feld 103 abgebildet wird, welches durch die Strahlflecken 5 in der Objektebene 101 gebildet wird. Ein Abstand P3 der Mittelpunkte 317 der Aperturen 315 voneinander kann beispielhafte Werte von 5 Mikrometer, 100 Mikrometer und 200 Mikrometer aufweisen. Die Durchmesser D der Aperturen 315 sind kleiner als der Abstand P3 der Mittelpunkte der Aperturen. Beispielhafte Werte der Durchmesser D sind 0,2 × P3, 0,4 × P3 und 0,8 × P3.
Teilchen des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 durchsetzen die Aperturen 315 und bilden Teilchenstrahlen 3. Teilchen des beleuchtenden Strahles 311, welche auf die Platte 313 treffen, werden durch diese abgefangen und tragen nicht zur Bildung der Teilchenstrahlen 3 bei.
Die Multiaperturanordnung 305 fokussiert aufgrund eines angelegten elektrostatischen Felds jeden der Teilchenstrahlen 3 derart, dass in einer Ebene 325 Strahlfoki 323 gebildet werden. Alternativ können die Strahlfoki 323 virtuell sein. Ein Durchmesser der Strahlfoki 323 kann bspw. 10 Nanometer, 100 Nanometer und 1 Mikrometer betragen.
Die Feldlinse 307 und die Objektivlinse 102 stellen eine erste abbildende Teilchenoptik bereit, um die Ebene 325, in der die Strahlfoki 323 gebildet werden, auf die erste Ebene 101 abzubilden, so dass dort ein Feld 103 von Auftrefforten 5 bzw. Strahlflecken entsteht. Soweit in der ersten Ebene eine Oberfläche des Objekts 7 angeordnet ist, werden die Strahlflecken entsprechend auf der Objektoberfläche gebildet.
Die Objektivlinse 102 und die Projektionslinsenanordnung 205 stellen eine zweite abbildende Teilchenoptik bereit, um die erste Ebene 101 auf die Detektionsebene 211 abzubilden. Die Objektivlinse 102 ist somit eine Linse, welche sowohl Teil der ersten als auch der zweiten Teilchenoptik ist, während die Feldlinse 307 nur der ersten Teilchenoptik und die Projektionslinse 205 nur der zweiten Teilchenoptik angehören.
Eine Strahlweiche 400 ist in dem Strahlengang der ersten Teilchenoptik zwischen der Multiaperturanordnung 305 und dem Objektivlinsensystem 100 angeordnet. Die Strahlweiche 400 ist auch Teil der zweiten Optik im Strahlengang zwischen dem Objektivlinsensystem 100 und dem Detektorsystem 200.
Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatte und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005 / 024881 A2 , WO 2007 / 028595 A2 , WO 2007 / 028596 A1 , WO 2011 / 124352 A1 und WO 2007 / 060017 A2 und den deutschen Patentanmeldungen DE 10 2013 016 113 A1 und DE 10 2013 014 976 A1 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch in Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 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 bzw. der Detektionseinheit 209 gewonnenen Signale. Das Computersystem 10 kann aus mehreren Einzelcomputern oder Komponenten aufgebaut sein.
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1, das in 1 dargestellt ist, kann das erfindungsgemäße Strahlrohr mit dem Strahlrohrabschnitt aufweisen, der zwischen der Teilchenquelle 301 und der Multiaperturanordnung 305 angeordnet ist Dabei kann dieser Strahlrohrabschnitt Rein-Titan oder eine Titan-Legierung aufweisen oder der Strahlrohrabschnitt kann aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung bestehen, wobei für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titan oder der Titan-Legierung Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,0005, bevorzugt µ_R ≤ 1,00005.
2 zeigt schematisch ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 mit Strahlrohr. Die geladenen Teilchen des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 (vgl. 1) sowie die geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 und die geladenen zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9 werden wenigstens abschnittweise in dem Strahlrohr geführt. Im gezeigten Beispiel ist das Strahlrohr in eine Mehrzahl von Strahlrohrabschnitten untergliedert: Der Strahlrohrabschnitt 705 ist zwischen der Teilchenquelle 301 und der Multiaperturanordnung 305 bzw. dazugehörigen Vakuumkammern 701 für die Teilchenquelle und 702 für die Multiaperturanordnung angeordnet. Im Bereich des Strahlrohrabschnittes 705 ist auch das Kollimationslinsensystem 303 bzw. das Kondensorlinsensystem 303 angeordnet, das im gezeigten Beispiel schematisch durch eine schematisch dargestellte Magnetlinse illustriert ist. Das Kollimationslinsensystem 303 bzw. das Kondensorlinsensystem 303 kann aber natürlich auch mehr als eine Magnetlinse und / oder eine oder mehrere elektrostatische Linsen aufweisen.
In Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges nach der Vakuumkammer 702 für die Multiaperturanordnung 305 befindet sich ein weiterer Strahlrohrabschnitt 706. Auf Höhe dieses Strahlrohrabschnittes 706 ist schematisch ein Feldlinsensystem 307 dargestellt. Dieses umfasst mindestens eine Magnetlinse, es kann aber auch mehrere Magnetlinsen und / oder eine oder mehrere elektrostatische Linsen umfassen.
In Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges nach dem Strahlrohrabschnitt 706 ist der Strahlrohrabschnitt 707 angeordnet. Bei diesem Strahlrohrabschnitt 707 handelt es sich im gezeigten Beispiel um einen Strahlweichenabschnitt, in dem sich das Strahlrohr verzweigt. Der Strahlrohrabschnitt 707 umfasst einen ersten Strahlrohrschenkel 461, einen zweiten Strahlrohrschenkel 462 und einen dritten Strahlrohrschenkel 463. Durch den ersten Strahlrohrschenkel 461 verläuft nur der erste teilchenoptische Strahlengang 13 und durch den zweiten Strahlrohrschenkel 462 verläuft nur der zweite teilchenoptische Strahlengang 11. Demgegenüber verlaufen durch den dritten Strahlrohrschenkel 463 sowohl der erste teilchenoptische Strahlengang 13 als auch der zweite teilchenoptische Strahlengang 11. Der Strahlrohrabschnitt 707 ist im Wesentlichen y-förmig und weist einen Verzweigungspunkt 466 auf. In Richtung des ersten teilchenoptischen Strahlenganges 13 schließt an den Strahlrohrabschnitt 707 ein weiterer Strahlrohrabschnitt 709 an, der sich bis in die magnetische Objektivlinse 102 hinein erstreckt. In Bezug auf den zweiten teilchenoptischen Strahlengang 11 schließt sich an den Strahlrohrabschnitt 707 ein weiterer Strahlrohrabschnitt 708 an, der im Bereich eines in Figur zwei nur schematisch dargestellten Projektionslinsensystems 205 angeordnet ist. An den Strahlrohrabschnitt 708 anschließend ist eine weitere Vakuumkammer 703 angeordnet, innerhalb der das Detektionssystem 209 angeordnet ist.
Innerhalb des Strahlrohres mit seinen Strahlrohrabschnitten 705, 706, 707, 708 und 709 sowie in den Vakuumkammern 701, 702 und 703 ist ein Vakuum vorgesehen, das typischerweise weniger als 10^-5 mbar, bevorzugt weniger als 10^-7 mbar und höchstbevorzugt weniger als 10^-9 mbar Druck aufweist.
Hinsichtlich magnetischer Eigenschaften des Strahlrohres und daraus möglicherweise resultierender Störungen bei der Bildung oder Formung der Einzel-Teilchenstrahlen 3 ist der Strahlrohrabschnitt 705 bzw. seine Position zwischen Teilchenquelle 301 und Multiaperturanordnung 305 besonders wichtig bzw. besonders empfindlich: Im Strahlrohrabschnitt 705 werden durch den beleuchtenden Teilchenstrahl 311 überhaupt erst die Bedingungen für die Schaffung der Vielzahl der Einzel-Teilchenstrahlen 3 geschaffen. Es ist mithin wichtig, dass das Kondensorlinsensystem 303 die Multiaperturanordnung 305 äußerst präzise mit geladenen Teilchen beleuchtet. Es ist beispielsweise erforderlich, dass eine Telezentriebedingung des beleuchtenden Strahls 311 beim Auftreffen auf die erste Multiaperturplatte 313 der Multiaperturanordnung 305 exakt erfüllt ist. Die Wellenfronten des beleuchtenden Strahles 311 beim Auftreffen auf diese erste Multiaperturplatte 313 oder Filterplatte 313 müssen exakt parallel zur Oberfläche der Multiaperturplatte 313 bzw. Filterplatte 313 sein. Anderenfalls sind die ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 bereits im Zeitpunkt ihrer Entstehung leicht gestört, was sich im weiteren Verlauf des ersten teilchenoptischen Strahlenganges 13 normalerweise nicht wieder korrigieren lässt. Außerdem ist der Gesamtstrahlstrom des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 sehr groß und der Strahldurchmesser ist ebenfalls sehr groß (jeweils verglichen mit Eigenschaften eines einem Einzel-Teilchenstrahls). Das Magnetfeld des Kondensorlinsensystems 303 ist ebenfalls verhältnismäßig stark. All diese Faktoren begünstigen etwaige Wechselwirkungen des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 mit einem nur leicht magnetischen bzw. magnetisierbaren Strahlrohr. Diese Wechselwirkungen gilt es daher möglichst auszuschalten. Deshalb ist die Wahl des entsprechenden Materials für den Strahlrohrabschnitt 705 von entscheidender Bedeutung. Die Permeabilitätszahl µ_R muss besonders klein sein, beispielsweise um eine oder zwei Größenordnungen kleiner als bei Stahl, was für die genannten Materialien Rein-Titan und Titan-Legierungen der Fall ist. Die Permeabilitätszahl kann dann µ_R ≤ 1,00005 betragen.
3 zeigt schematisch ein ideales Auftreffen eines beleuchtenden Teilchenstrahles 311 auf einer Multiaperturanordnung 305 bzw. einer Multiaperturplatte 313 mit einer Vielzahl von im gezeigten Beispiel kreisförmigen Öffnungen 315. Dabei ist die Multiaperturanordnung 305 nur vereinfacht dargestellt, sie kann zum Beispiel zusätzlich zu der ersten Multiaperturplatte 313 (Filterplatte) eine oder mehrere weitere Multiaperturplatten, ein Multi-Linsen-Array sowie ein oder mehrere Multi-Deflektor-Arrays umfassen. Insbesondere kann die sogenannte Mikrooptik des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes 1 Bestandteil der Multiaperturanordnung 305 sein.
Der beleuchtende Teilchenstrahl 311, beispielsweise ein Elektronenstrahl, ist durch ein Kondensorlinsensystem 303 (nicht dargestellt in 3) als kollimierter Teilchenstrahl 311 ausgebildet. Seine Wellenfronten 312 sind gerade und exakt parallel zueinander. Ihre Orientierung ist ebenfalls parallel zu der ersten Multiaperturplatte 313. Der beleuchtende Teilchenstrahl 311 trifft also vollkommen telezentrisch auf die erste Multiaperturplatte 313 auf und die durch das Hindurchtreten durch die Multiaperturplatte 313 gebildete Vielzahl von ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 ist exakt parallel zueinander und auch die Wellenfronten der Einzel-Teilchenstrahlen 3 sind exakt parallel zur Oberfläche der Multiaperturplatte 313. Die optischen Ausgangseigenschaften der Einzel-Teilchenstrahlen 3 sind somit so ideal wie möglich.
4 zeigt schematisch und nicht maßstabsgetreu demgegenüber ein nicht-telezentrisches Auftreffen eines beleuchtenden Teilchenstrahles 311 auf eine Multiaperturanordnung 305. Die Wellenfronten 312 des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 sind nicht mehr gerade und auch nicht mehr parallel zur ersten Multiaperturplatte 313. Stattdessen ist die Wellenfront 312 im Bereich oberhalb der Öffnungen 315c und 315d in der Multiaperturplatte 313 gekrümmt; oberhalb der Öffnungen 315a und 315b verlaufen die Wellenfronten hingegen zum Vergleich ideal und parallel zur ersten Multiaperturplatte 313.
Unmittelbar unterhalb der Öffnungen 315a, 315b, 315c und 315d ist der Effekt, der durch das nicht-telezentrische Auftreffen des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 auf die Multiaperturplatte 313 hervorgerufen wird, noch verhältnismäßig klein. Die Störung wird dann aber im Verlauf des teilchenoptischen Strahlenganges 13 größer. Beispielhaft ist die Situation beim Auftreffen auf die zweite Multiaperturplatte 314 dargestellt, die ebenfalls der Multiaperturanordnung 305 zugehörig ist: Die Teilchenstrahlen 3a und 3b sind ungestört, ihre Wellenfronten 312 sind parallel auch zur Oberfläche der zweiten Multiaperturplatte 314. Diese Teilchenstrahlen 3a und 3b durchsetzen die zugehörigen Öffnungen 316a und 316b in der zweiten Multiaperturplatte 314 problemlos und ideal. Anders verhält es sich bei den ersten Teilchenstrahlen 3c und 3d. Der Teilchenstrahl 3c ist leicht divergent und die Wellenfront 312c ist gekrümmt. In der Folge durchsetzt der Teilchenstrahl 3c die Öffnung 316c nicht ideal, der Teilchenstrahl 3c erfüllt die Telezentriebedingung nicht. Der Teilchenstrahl 3d hat zwar gerade Wellenfronten 312d, seine Strahlachse ist aber in Bezug auf die optimale optische Achse geneigt, der Strahl verläuft leicht schräg und durchsetzt somit die Öffnung 316d auch nicht optimal. In der Folge kommt es zu einer sich im Verlauf des teilchenoptischen Strahlenganges 13 weiter verschlechternden Strahlqualität. Diese Verschlechterung ist zwar gering und äußert sich beispielsweise in einer geringfügigen Zunahme von Rauschen. Dennoch sollte diese Störung bei der Einzelstrahl-Erzeugung vermieden werden, um insgesamt die Auflösung des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes 1 weiter zu verbessern. Bei immer weiter steigenden Anforderungen an die Auflösung macht sich auch eine geringfügige Zunahme von Rauschen bemerkbar bzw. wirkt sich nachteilig aus. Die in 4 schematisch und stark übertrieben dargestellt Störung lässt sich erfindungsgemäß durch die Materialwahl und eine entsprechende Konstruktion des Strahlrohrabschnittes 705 vermeiden.
5 zeigt schematisch einen Aufbau eines Strahlrohrabschnittes 705, der Rein-Titan oder eine Titan-Legierung mit niedriger Permeabilitätszahl µ_R aufweist. Im gezeigten Beispiel gilt für die Permeabilitätszahl µ_R Folgendes: µ_R ≤ 1,00005. Sämtliche in 5 schraffiert dargestellten Bereiche sind aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung mit µ_R ≤ 1,00005 ausgeführt. Der Strahlrohrabschnitt 705 aus bzw. mit Titan erstreckt sich im Wesentlichen von der Teilchenquelle 301 bis hin zur Multiaperturanordnung 305 bzw. von der Vakuumkammer 701 für die Teilchenquelle 301 (in 5 nicht dargestellt) bis hin zu der Vakuumkammer 702, von der in 5 nur der Deckel 720 dargestellt ist. Im Bereich des Strahlrohrabschnittes 705 ist ein Kondensorlinsensystem 303 dargestellt, das im gezeigten Beispiel zwei Magnetlinsen 303a und 303b aufweist. Die jeweilige Brechkraft der Magnetlinsen 303a und 303b kann beispielsweise mittels der Steuerung 10 des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes 1 eingestellt werden. Für eine Feinjustierung des beleuchtenden Teilchenstrahles 311 sind Deflektoren 304a und 304b vorgesehen, hierbei kann es sich beispielsweise um Oktupolelektroden handeln. Der Strahlrohrabschnitt 705 umfasst im gezeigten Beispiel mehrere Teile bzw. Stücke. Der Strahlrohrabschnitt 705 weist ein Teilchenquellen-nahes Kopfstück 710, ein rohrartiges Mittelstück 711 und ein Multiaperturanordnung-nahes Endstück 712 auf. Zwischen dem Kopfstück 710 und dem Mittelstück 711 ist ein Membranbalg 713 mit zwei Membranen vorgesehen, die als dünne Striche, die in den Strahlrohrabschnitt 705 hineinragen, zeichnerisch angedeutet sind. Diese beiden Membranen werden im gezeigten Beispiel mittels Elektronenstrahlschweißen verbunden, alternativ ist Laserstrahlschweißen oder Plasmaschweißen möglich.
Zusätzlich ist zwischen dem Mittelstück 711 und dem Endstück 712 ein weiterer Membranbalg 714 mit zwei Membranen vorgesehen. Auch hier ragen die beiden Membranen des Membranbalgs 714 als dünne Membranen in Richtung des Strahlrohres 705 hinein. Die Membranen sind dabei jeweils sehr dünn. Ihre Materialstärke kann beispielsweise nur Bruchteile eines Millimeters, beispielsweise 0,1 mm, 0,15 mm oder 0,2 mm oder 0,5 mm betragen. Die Gesamtausdehnung des Membranbalgs und somit die Höhe des Membranbalgs in z-Richtung bzw. in Richtung des teilchenoptischen Strahlenganges kann ebenfalls weniger als 1 mm betragen, beispielsweise 0,8 mm oder 0,6 mm. Wegen dieser geringen Dimensionen und der besonderen Anforderungen an ein Schweißen von Rein-Titan oder von Titan-Legierungen galt das Schweißen einer entsprechenden Verbindung im Stand der Technik gemeinhin als nicht möglich Es hat sich dann aber herausgestellt, dass das Schweißen eben doch möglich ist, insbesondere Elektronenstrahlschweißen.
Das Endstück 712 ist im gezeigten Beispiel mit dem Deckel einer evakuierbaren Kammer 702, in der die Multiaperturanordnung 305 angeordnet ist, verschweißt. Im gezeigten Beispiel kann ebenfalls Elektronenstrahlschweißen zum Einsatz kommen, alternativ ist Laserschweißen oder Plasmaschweißen eine Verbindungsmöglichkeit. Die entsprechenden Schweißnähte zwischen dem Endstück 712 und dem Deckel 720 sind in 5 nicht dargestellt. Für eine entsprechende Schweißnahtvorbereitung ist es aber z.B. möglich, das Endstück 712 insgesamt flanschartig auszubilden.
Im gezeigten Beispiel sind sowohl die verschiedenen Teile des Strahlrohrabschnittes 705 als auch der Deckel 720 aus demselben Werkstoff hergestellt. Dabei kann es sich beispielsweise um Titan Grade 2, Titan Grade 5 oder Titan Grade 9 handeln, wobei diese Begriffe gemäß des US-amerikanischen Standards ASTM verwendet werden. Entsprechende Werkstoffe gemäß europäischer Normung sind die Werkstoffe mit den Werkstoffnummern 3.7035, 3.7164, 3.7165 sowie 3.7195. Die Länge des Strahlrohrabschnittes 705 entlang seiner Achse beträgt dabei mindestens 10 cm, beispielsweise 10 cm oder 11 cm oder 12 cm oder 15 cm oder noch mehr. Wegen dieser Länge ist es besonders wichtig, Form- und Lagetoleranzen des Strahlrohrabschnittes 705 auszugleichen. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, die beiden Membranbälge 713 und 714 in der oben geschilderten Art und Weise vorzusehen.
6 zeigt schematisch weitere Einzelheiten eine Vielstrahl-Teilchenmikroskopes 1 und insbesondere hinsichtlich des schematischen Aufbaus des Strahlrohrabschnittes 705 und einer damit verbundenen evakuierbaren Kammer 702, in der eine Multiaperturanordnung 305 angeordnet ist. Weite Teile von 6 entsprechen dabei bereits 5, so dass im Folgenden nur auf die Unterschiede bzw. weiteren Einzelheiten, die nur in 6 dargestellt sind, eingegangen wird.
Zusätzlich zu dem Deckel 720 der Vakuumkammer 702 ist in 6 auch eine Seitenwand 721 dargestellt. Der Deckel 720 ist im Wesentlichen rund mit einer zentralen Öffnung für den beleuchtenden Teilchenstrahl 311. Entsprechend ist die Seitenwand 721 in gezeigtem Beispiel kreisringförmig umlaufend. Die Seitenwand 721 ist aus einem anderen Material als der Deckel 720 hergestellt: Die Seitenwand 721 weist einen Werkstoff auf oder besteht aus einem Werkstoff, für dessen Permeabilitätszahl µ_R nur Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,01, insbesondere 1,005 ≤ µ_R ≤ 1,010. Diese Bedingung kann bereits für Stahl, der gut verarbeitbar ist, erfüllt sein. Die Permeabilitätszahl der Seitenwand ist also typischerweise größer als die Permeabilitätszahl des Deckels, beispielsweise mindestens um den Faktor 10 oder mindestens um den Faktor 100. Beispielhaft weist die Seitenwand 721 der evakuierbaren Kammer 702 einen Werkstoff auf oder besteht aus einem Werkstoff mit den folgenden Werkstoffnummern: 1.4435, 1.3952, 1.4429, 1.4369. Die Seitenwand 721 ist deutlich weiter sowohl von den Teilchenstrahlen 3 als auch von dem Kondensorlinsensystem 303 entfernt. Etwaige Störungen durch zu hohe Permeabilitätszahlen der Seitenwand 721 wirken sich somit auf die Strahlqualität deutlich weniger aus. Im gezeigten Beispiel ist der Deckel 720 mit der Seitenwand 721 verschraubt. Dabei können beispielsweise Schrauben aus Titan verwendet werden, die bevorzugt eine Beschichtung umfassend Wolframdisulfid aufweisen. Beispielsweise kann für die Beschichtung speziell modifiziertes Wolframdisulfid in lamellarer Form verwendet werden, das unter der Handelsbezeichnung Dicronite® erhältlich ist.
Durch die beschriebenen Maßnahmen kann die Strahlqualität der Einzel-Teilchenstrahlen 3 wesentlich verbessert werden und es lässt sich eine höhere Auflösung des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes 1 erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Mehrstrahl-Teilchenmikroskop
3: primäre Teilchenstrahlen (Einzel-Teilchenstrahlen)
5: Strahlflecken, Auftrefforte
7: Objekt, Probe
9: sekundäre Teilchenstrahlen
10: Computersystem, Steuerung
11: sekundärer Teilchenstrahlengang
13: primärer Teilchenstrahlengang
101: Objektebene
102: Objektivlinse
103: Feld
200: Detektorsystem
205: Projektionslinse
207: Szintillatorplatte
208: Ablenker für Justage
209: Detektionssystem, Teilchen-Multidetektor, Detektionseinheit
211: Detektionsebene
213: Auftrefforte, Strahlfleck der Sekundärteilchen oder des zugehörigen Photonenstrahls
215: Detektionsbereich
217: Feld
300: Strahlerzeugungsvorrichtung
301: Teilchenquelle
303: Kollimationslinsensystem, Kondensorlinsensystem
304: Deflektor
305: Multiaperturanordnung
307: Feldlinsensystem
309: divergierender Teilchenstrahl
311: beleuchtender Teilchenstrahl
312: Wellenfront
313: Multiaperturplatte
314: Multiaperturplatte
315: Öffnungen der Multiaperturplatte
316: Öffnungen der Multiaperturplatte
317: Mittelpunkte der Öffnungen
318: Multiaperturplatte
319: Feld
323: Strahlfoki
325: Zwischenbildebene
400: Strahlweiche
410: Magnetsektor
420: Magnetsektor
466: Verzweigungspunkt
461: Strahlrohrschenkel
462: Strahlrohrschenkel
463: Strahlrohrschenkel
701: Vakuumkammer für Teilchenquelle
702: Vakuumkammer für Multiaperturanordnung
703: Vakuumkammer für Detektionssystem
705: Strahlrohrabschnitt (Beleuchtungsabschnitt)
706: Strahlrohrabschnitt (Feldlinsenabschnitt)
707: Strahlrohrabschnitt (Strahlweichenabschnitt)
708: Strahlrohrabschnitt (Projektionsabschnitt)
709: Strahlrohrabschnitt (Objektivlinsenabschnitt)
710: Kopfstück
711: Mittelstück
712: Endstück
713: Membranbalg
714: Membranbalg
720: Deckel
721: Seitenwand

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

US 7244949 B2 [0004]
US 2019/0355544 A1 [0004]
DE 102020206739 [0005]
US 11087955 B2 [0008, 0018]
WO 2005/024881 A2 [0064]
WO 2007/028595 A2 [0064]
WO 2007/028596 A1 [0064]
WO 2011/124352 A1 [0064]
WO 2007/060017 A2 [0064]
DE 102013016113 A1 [0064]
DE 102013014976 A1 [0064]

Claims

Vielstrahl-Teilchenmikroskop, das Folgendes aufweist: eine Teilchenquelle, welche konfiguriert ist, geladenen Teilchen auszusenden; eine Multiaperturanordnung, die im Strahlengang der Teilchen derart angeordnet ist, dass mindestens einige der Teilchen Öffnungen der Multiaperturanordnung in Form von mehreren Einzel-Teilchenstrahlen durchsetzen, so dass ein erstes Feld einer Vielzahl von geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen erzeugt wird, und; eine erste Teilchenoptik mit einem ersten teilchenoptischen Strahlengang, die konfiguriert ist, um die erzeugten ersten Einzel-Teilchenstrahlen auf eine Objektebene abzubilden, so dass die ersten Einzel-Teilchenstrahlen an Auftrefforten auf ein Objekt treffen, die ein zweites Feld bilden; eine Detektionseinheit 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 Objektivlinse, durch die sowohl die ersten als auch die zweiten Einzel-Teilchenstrahlen hindurchtreten; eine Strahlweiche, die in dem ersten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Multiaperturanordnung und der Objektivlinse angeordnet ist, und die im zweiten teilchenoptischen Strahlengang zwischen der Objektivlinse und der Detektionseinheit angeordnet ist; eine Steuerung, die konfiguriert ist, um das Vielstrahl-Teilchenmikroskop oder Bestandteile des Vielstrahl-Teilchenmikroskops anzusteuern; und ein evakuierbares Strahlrohr, in dem die geladenen Teilchen und/ oder die geladenen ersten Einzel-Teilchenstrahlen und/ oder die geladenen zweiten Einzel-Teilchenstrahlen wenigstens abschnittsweise geführt werden, wobei das evakuierbare Strahlrohr einen Strahlrohrabschnitt aufweist, der zwischen der Teilchenquelle und der Multiaperturanordnung angeordnet ist, wobei der Strahlrohrabschnitt Rein-Titan oder eine Titan-Legierung aufweist oder wobei der Strahlrohrabschnitt aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung besteht, wobei für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titans oder der Titan-Legierung Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,0005.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß Anspruch 1, wobei für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titans oder der Titan-Legierung Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,00005.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren ein Kondensorlinsensystem mit mindestens einer Magnetlinse aufweist, das konfiguriert ist, um die Multiaperturanordnung mit den geladenen Teilchen zu beleuchten, und das im Bereich des Strahlrohrabschnittes angeordnet ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren Folgendes aufweist: eine evakuierbare Kammer, in der die Multiaperturanordnung angeordnet ist, wobei die evakuierbare Kammer einen Deckel aufweist, der mit dem Strahlrohrabschnitt verbunden ist, wobei der Deckel Rein-Titan oder eine Titan-Legierung aufweist oder wobei der Deckel aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung besteht, und wobei für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titans oder der Titan-Legierung Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,0005, insbesondere µ_R ≤ 1,00005.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Strahlrohrabschnitt und/ oder der Deckel einen der folgenden Werkstoffe aufweisen oder daraus bestehen: Titan Grade 2, Titan Grade 5 oder Titan Grade 9.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Strahlrohrabschnitt und/ oder der Deckel einen der folgenden Werkstoffe aufweisen oder daraus bestehen: 3.7035, 3.7164, 3.7165, 3,7195.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Strahlrohrabschnitt und der Deckel aus demselben Werkstoff hergestellt sind.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Strahlrohrabschnitt entlang seiner Achse eine Länge von mindestens 10 cm aufweist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Strahlrohrabschnitt mehre Teile aufweist, die mittels Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Plasmaschweißen miteinander verbunden sind.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der Strahlrohrabschnitt Folgendes aufweist: ein Teilchenquellen-nahes Kopfstück, ein rohrartiges Mittelstück, ein Multiaperturanordnung-nahes Endstück, wobei zwischen dem Kopfstück und dem Mittelstück ein Membranbalg mit zwei Membranen vorgesehen ist, und wobei zwischen dem Mittelstück und dem Endstück ein Membranbalg mit zwei Membranen vorgesehen ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei für eine Materialstärke d einer Membran gilt: d ≤ 0,50mm, insbesondere d ≤ 0,20mm oder d ≤ 0,15mm; und/ oder wobei ein Membranbalg durch Verschweißen der zwei Membranen miteinander gebildet ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei der Strahlrohrabschnitt und der Deckel mittels Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Plasmaschweißen verbunden sind.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der Ansprüche 4 bis 12, wobei die evakuierbare Kammer eine Seitenwand aufweist, die aus einem Werkstoff besteht, für dessen Permeabilitätszahl µ_R Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,01.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der Ansprüche 4 bis 13, wobei die evakuierbare Kammer eine Seitenwand aufweist, die einen der folgenden Werkstoffe aufweist oder daraus besteht: 1.4435, 1.3952, 1.4429, 1.4369.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei der Deckel mit der Seitenwand verschraubt ist.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der Ansprüche 4 bis 15, wobei für die Permeabilitätszahlen des Strahlrohrabschnittes, des Deckels und der Seitenwand Folgendes gilt: a) µ_{R-Strahlrohrabschnitt} < µ_R-Seitenwand; und / oder b) µ_R-Deckel < µ_R-Seitenwand; und / oder C) µ_{R-Strahlrohrabschnitt} = µ_R-Deckel.
Vielstrahl-Teilchenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Strahlrohr einen weiteren Strahlrohrabschnitt aufweist, wobei der weitere Strahlrohrabschnitt Rein-Titan oder eine Titan-Legierung aufweist oder wobei der Strahlrohrabschnitt aus Rein-Titan oder einer Titan-Legierung besteht, und wobei für die Permeabilitätszahl µ_R des Rein-Titans oder der Titan-Legierung des weiteren Strahlohrabschnittes Folgendes gilt: µ_R ≤ 1,0005, insbesondere µ_R ≤ 1,00005.