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Die Erfindung betrifft eine teilchenoptische Vorrichtung,
ein Elektronenmikroskopiesystem und ein Elektronenlithographiesystem.
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Unter anderem in der Fertigung miniaturisierter
Bauelemente, wie etwa von Halbleitern, werden mit Strahlen geladener
Teilchen arbeitende teilchenoptische Vorrichtungen sowohl zur Fertigung
selbst als auch zur Untersuchung der gefertigten Strukturen eingesetzt.
Beispiele hierfür
sind Elektronenmikroskopiesysteme und Elektronenlithographiesysteme. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf diese Systeme beschränkt sondern
betrifft teilchenoptische Vorrichtungen allgemein, welche Strahlen
geladener Teilchen allgemeiner Art, insbesondere Elektronen oder
Ionen, beeinflussen.
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Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise
Rasterelektronenmikroskope (SEM, "scanning electron microscope")
bekannt, welche zur Fokussierung eines Elektronenstrahls in einer
Objektebene Linsen einsetzen, welche fokussierende elektrische Felder,
fokussierende magnetische Felder oder fokussierende Überlagerungen
von elektrischen und magnetischen Feldern bereitstellen. Zur Bereitstellung
der Felder für
einen Teilchenstrahl müssen
die Linsen eine den Strahl umgebende körperliche Baugruppe aufweisen,
welche die entsprechenden Feldquellelemente, wie etwa Elektroden
oder/und magnetische Polschuhe bereitstellt. Damit ist man bei der Gestaltung
der den Strahl ablenkenden Felder Beschränkungen unterworfen, welche
auf Grenzen hinsichtlich der mechanischen Präzision in der Fertigung der
Quellelemente sowie hinsichtlich der überhaupt mechanisch fertigbaren
Geometrien von Feldquellelementen zurückzuführen sind.
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Entsprechend ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine teilchenoptische Vorrichtung zum
Richten eines Strahls geladener Teilchen auf eine Objektebene der
Vorrichtung oder zum teilchenoptischen Abbilden der Objektebene
in eine Bildebene oder Zwischenbildebene vorzuschlagen, welche erhöhte Freiheitsgrade
bei der Gestaltung der entsprechenden Ablenkfelder bietet.
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Insbesondere ist die Erfindung gerichtet
auf eine Alternative zu einer teilchenoptischen Vorrichtung, welche
nachfolgend als "Kammlinse" bezeichnet wird und welche nachfolgend
unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher
erläutert
wird.
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Die teilchenoptische Vorrichtung 1 umfaßt drei
in z-Richtung übereinander
angeordnete Blenden, nämlich
zuunterst eine Blendenelektrode 3 mit einer in x-Richtung
langgestreckten Öffnung 5,
eine in z-Richtung zuoberst angeordnete Blendenelektrode 7 mit
einer ebenfalls in x-Richtung langgestreckten Öffnung 9 sowie einer
zwischen den beiden Blendenelektroden 3 und 7 angeordneten
Kammblende 11. Die Kammblende 11 umfaßt zwei
Reihen von Quellelementen für
elektrische Felder, nämlich
Fingerelektroden 13, welche beidseits einer in x-Richtung
sich erstreckenden Mittelachse 15 der Kammblende 11 angeordnet
sind. Die beiden Reihen aus Fingerelektroden 13 begrenzen
damit in y-Richtung einen Raum oberhalb bzw. unterhalb der Öffnungen 5 bzw. 9 in
den Blendenelektroden 3 und 7, so daß dieser
Raum ebenfalls als eine Öffnung
der Kammblende 11 betrachtet werden kann.
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Den beiden Blendenelektroden 3 und 7 sowie
den Fingerelektroden 13 werden durch eine in 1 nicht dargestellte Steuerung
elektrische Potentiale zugeführt,
so daß zwischen
den Elektroden 3, 7 und 13 einstellbare
elektrische Felder erzeugt werden können. Diese wirken auf einen
Strahl elektrisch geladener Teilchen, welcher quer zur x-y-Ebene
orientiert ist und die Öffnungen
der Blenden 7, 11 und 5 durchsetzt. Liegt
an den Blendenelektroden 3 oder 7 ein elektrisches
Potential an, welches von dem Potential des Strahls geladener Teilchen
in der Ebene der Blendenelektroden 3, 7 abweicht,
so wirken die Blendenelektroden 3 bzw. 7 auf den
Strahl wie eine Zylinderlinse. Ein Verlauf der elektrischen Feldlinien,
wie er von einer solchen Blendenelektrode 3, 7 erzeugt
wird, ist in 2a schematisch
dargestellt.
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An die Fingerelektroden 13 der
Kammblende 11 kann ein Potentialmuster derart angelegt
werden, daß sich
in der Öffnung
der Blendenelektrode 11 ein quadrupolähnliches elektrisches Feld
einstellt. Ein Verlauf von Feldlinien eines solchen Quadrupolfeldes ist
in 2 schematisch dargestellt, wobei
das Feld eine Symmetrieachse 17 aufweist, die sich in z-Richtung
erstreckt und die Längsachse 15 der
Kammblende 11 schneidet.
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Ein Strahl elektrisch negativ geladener
Teilchen, der in dieses Quadrupolfeld eintritt, wird in x-Richtung
fokussiert und in y-Richtung defokussiert.
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Tritt ein Strahl somit entlang der
Symmetrieachse 17 des Quadrupolfeldes in die Vorrichtung 1 ein,
so erfährt
er insgesamt die Wirkungen der durch die Blendenelektroden 3 und 7 bereitgestellten
Zylinderlinsenfelder gemäß 2a sowie des durch die Kammblende 11 bereitgestellten
Quadrupolfelds gemäß 2b. Der Strahl erfährt somit
eine Überlagerung
der in den 2a und 2b darge stellten Feldkonfigurationen,
und bei geeigneter Abstimmung der Stärken der Zylinderlinsenfelder
und des Quadrupolfeldes aufeinander ergibt sich auf den Strahl eine gleiche
Wirkung wie die eines Rundlinsenfeldes, dessen Feldlinien in 2c schematisch dargestellt sind.
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Es ist somit möglich, einen Strahl geladener Teilchen
mit der Strahlumformungsanordnung 1 bei geeigneter Beaufschlagung
der Elektroden 3, 7 und 13 zu fokussieren.
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Da das zur Bereitstellung der Rundlinsenwirkung
zu erzeugende Quadrupolfeld bei dieser Vorrichtung durch eine begrenzte
Anzahl diskreter Fingerelektroden erzeugt wird, weicht das hierdurch
erzeugbare Feld auf Grund eines Diskretisierungsfehlers von einem
idealen Quadrupolfeld ab. Dies stellt eine Limitierung der Kammlinse
im praktischen Einsatz dar. Weiterhin ist eine solche Kammlinse
mechanisch nur mit sehr großem
Aufwand mit ausreichender Präzision
zu fertigen.
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Auch hier ist es eine Aufgabe der
Erfindung, eine Alternative zu der anhand der 1 erläuterten teilchenoptische
Anordnung vorzuschlagen.
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Die Erfindung schlägt hierzu
eine teilchenoptische Vorrichtung vor, welche einen Stapel von Linsenbaugruppen
umfaßt,
welche in Strahlrichtung mit festem Abstand voneinander angeordnet
und ansteuerbar sind, um für
einen den Stapel durchsetzenden Strahl nacheinander einstellbare
Ablenkfelder bereitzustellen, wobei die Linsenbaugruppen jeweils eine
quer zur Strahlrichtung orientierte Platte mit einer Blendenausnehmung
für einen
Durchtritt des Strahls und wenigstens ein Feldquellelement zur Bereitstellung
eines Ablenkfeldes auf den Strahl umfassen.
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Durch die Mehrzahl von Linsenbaugruppen, welche
insbe sondere mehr als drei, vorzugsweise mehr als vier, weiter bevorzugt
mehr als fünf
und stärker
bevorzugt mehr als sechs oder sieben und ferner insbesondere mehr
als zehn Linsenbaugruppen umfaßt,
ist es möglich,
entlang einer Strahlachse eine große Zahl von Freiheitsgraden
zur Beeinflussung des Strahls bereitzustellen und ein strahlformendes Gesamtfeld
sozusagen zu "synthetisieren". Insbesondere ist es mit einem solchen
Linsenstapel auch möglich,
die optischen Eigenschaften der Vorrichtung zeitabhängig zu ändern und
insbesondere zwischen zwei oder mehreren Betriebsmoden der Vorrichtung umzuschalten.
Ferner ist es auch möglich,
durch die große
Zahl von Freiheitsgraden Fertigungsfehler, die bei einer jeden einzelnen
der Baugruppen auftreten können,
zu kompensieren. Auch ist es möglich,
auf Grund von geometrischen Begrenzungen oder fertigungstechnischen
Begrenzungen unvollkommene Feldgestaltungen in einer Baugruppe durch
eine entsprechende Ansteuerung einer anderen Baugruppe zu kompensieren.
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Vorzugsweise wird die teilchenoptische
Vorrichtung in einem Elektronenmikroskopiesystem oder/und in einem
Elektronenlithographiesystem eingesetzt.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der
Erfindung anhand. von Figuren näher
erläutert. Hierbei
zeigt:
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1 eine
herkömmliche
teilchenoptische Vorrichtung,
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2 eine
Darstellung von Feldverläufen zur
Erläuterung
der Vorrichtung gemäß 1,
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3 eine
perspektivische Teildarstellung einer teilchenoptischen Vorrichtung
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung,
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4 ein
Herstellungsverfahren für
die in 3 gezeigte Vorrichtung,
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5 eine
Ansicht von Baugruppen während
des anhand der 4 erläuterte Herstellungsverfahrens,
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6 eine
Darstellung zur Erläuterung
einer Wirkung der in 3 gezeigten
Vorrichtung,
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7 eine
weitere Darstellung zur Erläuterung
der Wirkung der in 3 gezeigten
Vorrichtung,
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8 eine
Darstellung einer Treiberschaltung zur Ansteuerung einer Baugruppe
der in 3 gezeigten Vorrichtung,
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9 eine
Darstellung zur Erläuterung
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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10 ein
Elektronenlithographiesystem gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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11 ein
Elektronenmikroskopiesystem gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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12 eine
teilchenoptische Vorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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13 eine
Ansteuerung der Vorrichtung gemäß 12 in einem ersten Betriebsmodus,
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14 ein
Elektronemikroskopiesystem mit einer teilchenoptischen Vorrichtung
in dem ersten Betriebsmodus gemäß 13 als Objektivlinse,
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15 eine
Ansteuerung der teilchenoptischen Vorrichtung gemäß 12 in einem zweiten Betriebsmodus,
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16 das
Elektronemikroskopiesystem der 14 in
dem zweiten Betriebsmodus der Vorrichtung gemäß 15,
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17 eine
weitere Ausführungsform
einer teilchenoptischen Vorrichtung,
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18 eine
teilchenoptische Vorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung in schematischer aufgeschnittener Darstellung und
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19 eine
Linsenbaugruppe, welche in einer der Vorrichtungen gemäß den 12 bis 16 und 18 einsetzbar
ist.
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In 3 ist
eine erfindungsgemäß teilchenoptische
Vorrichtung 1 in perspektivischer teilweise aufgeschnittener
Darstellung gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfaßt einen
Stapel 151 aus einer Mehrzahl von Linsenbaugruppen 153,
welche in z-Richtung mit Abstand voneinander angeordnet sind. Jede
Linsenbaugruppe besteht aus einer Platte 155, welche eine in
x-Richtung langgestreckte geschlossene Ausnehmung 157 begrenzt.
In die Ausnehmung 157 ragen in y-Richtung die Fingerelektroden 13 hinein.
Die Fingerelektroden 13 sind in x-Richtung mit Abstand
und isoliert voneinander in einer Reihe nebeneinander angeordnet,
wobei auf beiden Seiten der Ausnehmung 157 jeweils eine
Reihe von Fingerelektroden 13 vorgesehen ist. Hierbei stehen
sich in y-Richtung immer jeweils ein Paar von Fingerelektroden aus
der einen und der anderen Reihe gegenüber.
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Die Platte 155 trägt ferner
eine Mehrzahl von Treiberschaltungen 159, welche in 3 schematisch als eine stabilisierte
Stromquelle dargestellt sind. Die Treiberschaltungen 159 stellen
die Spannungen bereit, die an die Fingerelektroden 13 angelegt
werden. Hierzu ist eine Mehrzahl von in x-Richtung verlaufenden
Sammelleitung 161 vorgesehen, welche mit jeweils einer
Schaltung 159 elektrisch verbunden ist. Eine jede Fingerelektrode 13 ist
mit einer Einzelzuführung 163 an
eine der Sammelleitungen 161 angeschlossen, wobei in Reihenrichtung
benachbarte Fingerelektroden 13 der Reihe nach und periodisch
an eine jeweils andere Sammelleitung 161 angeschlossen
sind.
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Ein mögliches Herstellungsverfahren
für die Linsenbaugruppen 153 ist
nachfolgend anhand von 4 erläutert. Dieses
startet mit einem Halbleitersubstrat 165 mit einer (110)-Oberfläche, welches
die tragende Struktur bzw. Platte 155 der Linsenbaugruppe 153 bildet
(4a). Auf beiden Seiten des Substrats 165 wird
(4b) jeweils eine Siliziumoxidschicht 167 bzw. 68 abgeschieden.
Auf der Siliziumoxidschicht 167 wird dann (4c)
eine Chrom-Gold-Schicht 169 aufgebracht. Auf die Chrom-Gold-Schicht 169 wird
ein Fotolack 171 aufgebracht, und auf die Siliziumoxidschicht 168 wird
ein Fotolack 172 aufgebracht (4d).
Der Lack 171 wird in einem Lithographieschritt mit einem
Muster belichtet, welches Mustern der Einzelverbindungen 163,
der Sammelleitung 161 und der Treiberschaltungen 159 entspricht.
Hierzu können
weitere, in 4 nicht separat dargestellte
Lithographieschritte notwendig sein, welche mit weiteren ebenfalls
nicht dargestellten Ätzschritten
und die Lithographieschritten zur Erzeugung der komplizierteren
Strukturen der Sammelleitungen 161 und Treiberschaltungen 159 vorgesehen
sein.
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Der Fotolack 172 wird mit
einem Muster belichtet ( 4d) welches
der Ausnehmung 157 entspricht.
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4e zeigt
beispielhaft die Deposition einer Einzelverbindungsleitung 163.
Die Fotolackschichten 171 und 172 werden entfernt
(4f), und die Seite mit der Siliziumoxidschicht 69 wird
mit weiteren Fotolackschicht 75 überzogen (4g), welche belichtet wird mit einem
Muster, das den Fingerelektroden 13 entspricht ( 4g). In den belichteten
Bereichen wird Fotolack 175 entfernt, und die stehenden
Ausnehmungen werden gefüllt,
um die Fingerelektroden 13 zu bilden. Die Fotolackschicht 175 wird
so dann entfernt (4i).
Dann wird von der Seite der Schicht 168 her durch Ätzen die
Ausnehmung 157 in die Platte 155 eingebracht (4j).
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Die in 4 erläuterten
Schritte werden zur Bildung einer Mehrzahl von Linsenbaugruppen 153 gleichzeitig
an einem einziges Substrat bzw. Siliziumwafer 155 vorgenommen,
wie dies aus 5 ersichtlich
ist . Dort ist eine Mehrzahl von Baugruppen auf dem Wafer 155 dargestellt,
welche nachfolgend durch Zersägen
entlang von Linien 172 voneinander separiert werden. Darauf
folgend werden die separierten Baugruppen 153 zu dem Stapel 151 aufeinander
gefügt,
wozu geeignete Abstandhalter zwischen den Platten 155 eingesetzt
werden.
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In 6 ist
ein Einfluß auf
einen die Linsenbaugruppen 153 durchsetzenden Strahl geladener Teilchen
in räumliche
Darstellung schematisch gezeigt:
Ein Strahl 21 geladener
Teilchen mit einem quadratisch dargestellten Querschnitt 23 tritt
entlang einer Symmetrieachse 17 und in z-Richtung in eine
teilchenoptische Vorrichtung 1 ein. Diese umfaßt eine Linsenbaugruppe 153 mit
zwei Reihen Fingerelektroden 13 und einer darunterliegenden
Blendenelektrode 15. Unterhalb der Blendenelektrode 15 ist
eine Objektebene 25 angeordnet, in der der Strahl 21 fokussiert
werden soll.
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An die Fingerelektrode 13 ist
von einer Steuerung 103 ein derartiges Potentialmuster
angelegt, daß in
der Öffnung
zwischen den Reihen Fingerelektroden 13 ein elektrisches
Quadrupolfeld entsteht, dessen Verlauf in 6 durch elektrische Potentiallinien 31 angedeutet
ist. Das Quadrupolfeld fokussiert den Strahl 21 in x-Richtung
und defokussiert denselben in y-Richtung. Entsprechend nimmt der
Strahlquerschnitt nach Durchlaufen der Kammblende 11 eine
Gestalt einer in y-Richtung langgestreckten Raute 27 in
der Ebene der Blendenelektrode 15 an. Die Blendenelektrode 15 wirkt
auf den Strahl allerdings wie eine Zylinderlinse, welche den Strahl 21 in y-Richtung
fokussiert, so daß dieser
schließlich
in der Objektebene 25 auf einen kleinen Fleck 29 fokussiert ist.
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In 1 sind
zur Erzeugung des Zylinderlinsenfeldes zwei Blendenelektroden 3 bzw.
7 vorgesehen, während
in 6 zur Erzeugung des
Zylinderlinsenfeldes lediglich eine Blendenelektrode 3 vorgesehen
ist. Es ist jedoch auch möglich,
in einem Stapel wie in 3 das
Zylinderlinsenfeld durch eine weitere Linsenbaugruppe 153 selbst
bereitzustellen, indem deren mittleres Potential auf einen Wert
eingestellt wird, der von dem Potential des Strahls 21 in
der Ebene dieser Linsenbaugruppe abweicht. Damit stellen die Fingerelektroden
der weiteren Linsenbaugruppe im Mittel das Zylinderlinsenfeld bereit,
und durch ortsabhängige Änderungen
der Potentiale der Fingerelektroden 13 der darüberliegenden
Linsenbaugruppe 153 wird das zugehörige Quadrupolfeld bereitgestellt.
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In 7 ist
ein Betriebsmodus einer Linsenbaugruppe
153 dargestellt,
der von dem in 6 gezeigten
Betriebsmodus zum Fokussieren eines Strahls geladener Teilchen abweicht.
In 4 werden die Fingerelektroden 13 durch
eine in 4 nicht dargestellte Steuerung
derart mit Potentialen beaufschlagt, daß in einer Öffnung zwischen den beiden Reihen
von Fingerelektroden 13 ein im wesentlichen homogenes und
in x-Richtung orientiertes elektrisches Feld entsteht, dessen Potentiallinien 31 in 4 schematisch eingezeichnet sind. Ein
entlang einer in z-Richtung orientierten Strahlachse 17 in
die Kammblende 11 eintretender Strahl 21 geladener Teilchen
mit quadratischem Querschnitt 23 wird durch das in der Öffnung zwischen
den beiden Reihen aus Fingerelektroden 13 gebildete im
wesentlichen homogene elektrische Feld in x-Richtung um einen Winkel α abgelenkt,
wobei der Querschnitt 23 des Strahls im wesentlichen unverändert bleibt.
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Hiermit ist es möglich, die Kammblende 11 als
Strahlablenker einzusetzen. Insbesondere kann das den Strahl 21 ablenkende
Feld entlang der x-Richtung in der Öffnung zwischen den beiden
Reihen Fingerelektroden 13 lokal in einer Umgebung des
Strahls 21 bereitgestellt werden, d.h. das elektrische
Feld muß sich
nicht über
die gesamte Länge
der Kammblende 11 in x-Richtung erstrecken.
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Ferner ist es möglich, die Betriebsmoden der 6 und 7 zu kombinieren, indem die Fingerelektroden 13 derart
mit Potentialen beaufschlagt werden, daß in der Öffnung zwischen den Elektrodenreihen eine Überlagerung
des Quadrupolfeldes gemäß 3 und des homogenen Feldes
gemäß 4 bereitgestellt ist. Eine derart angesteuerte
Kammblende wirkt dann als fokussierender Strahlablenker.
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In 8 ist
eine Treiberanordnung 181 zur Ansteuerung der Fingerelektroden 13 der
Baugruppe 153 schematisch dargestellt. Die Elektroden der
Baugruppe 153 sind durch die Treiberanordnung 181 derart
angesteuert, daß in
der Umgebung der Strahlachse 17 ein quadrupolartiges Feld
bereitgestellt ist. wie vorangehend erläutert, ist die Strahlachse 17 in x-Richtung
verlagerbar, und entsprechend muß das den Elektroden 13 zugeführte Spannungsmuster ebenfalls
in x-Richtung verlagert werden.
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Die Treiberanordnung 81 umfaßt lediglich neun
Treiber 59 bzw. Spannungsquellen, welche mit '–4', '–3', '–2', '–1', '0',
'+1', '+2', '+3', '+4' bezeichnet sind. Die Spannungsquellen sind
einzeln ansteuerbar. Eine jede Spannungsquelle ist an mehrere Elektroden 13 angeschlossen,
eine jede Elektrode 13 ist jedoch nur mit einer einzigen
Spannungsquelle verbunden. Hierzu erstrecken sich in Reihenrichtung, d.h.
in x-Richtung neun Sammelleitungen 161, wobei eine jede
Sammelleitung 161 mit einer einzigen Spannungsquelle verbunden
ist. Die Elektroden 13 sind dann der Reihe nach und periodisch
mit einer jeweils anderen Sammelleitung 161 elektrisch
verbunden.
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In 8 ist
lediglich für
eine Reihe Fingerelektroden 13 die zugehörige Treiberanordnung 181 dargestellt.
Allerdings ist auch für
die andere Reihe Fingerelektroden 13 eine entsprechende
Treiberanordnung samt Verbindungsleitungen vorgesehen.
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Es ist vorgesehen, die Zahl der Treiberschaltungen 159 von
Linsenbaugruppe zu Linsenbaugruppe gegebenenfalls zu ändern, um
durch die verschiedenen Linsenbaugruppen 153 unterschiedliche
Feldmuster bereitstellen zu können.
Insbesondere ist vorgesehen, dass eine jede Fingerelektrode 13 einer Linsenbaugruppe 153 einen
eigens zugeordneten Treiber 159 aufweist, oder etwa einander
in den beiden Reihen gegenüberliegende
Elektroden fest miteinander zu verbinden.
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In den vorangehenden beschriebenen
Figuren wirken die Fingerelektroden 13 jeweils als Quellelemente
für das
durch die Linsenbaugruppen 153 bereitgestellte elektrische
Feld zur Einwirkung auf den Teilchenstrahl.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, in
einer Öffnung
einer Linsenbaugruppe magnetische Felder zum Einwirken auf den Teilchenstrahl
bereitzustellen. Eine Realisierung einer solchen Linsenbaugruppe
ist in 9 schematisch
dargestellt. Die dort gezeigte Linsenbaugruppe 153 umfaßt eine
Platte 35, von der zwei Reihen von Materialfingern 37 in
Richtung zu der Mittelachse 15 in eine Öffnung hinein abstehen. Die
Materialfinger 37 sind mit Abstand voneinander angeordnet
und weisen jeweils eine zu der Mittelachse 15 hinweisende
Stirnfläche 39 auf.
Zwischen jeweils zwei benachbarten Materialfingern 37 ist
eine Wicklung 41 aus einem elektrisch leitenden Draht vorgesehen.
Zur Speisung einer jeden Wicklung mit elektrischem Strom ist für eine jede
Wicklung eine durch eine Steuerung 103 ansteuerbare Stromquelle 43 angeschlossen,
um einer jeden Wicklung 41 einen Strom einstellbarer Stromstärke zuzuführen. Die Stromleiterwicklungen 41 erzeugen
dann Magnetfelder, welche u.a. von der Platte 35 und den
Materialfingern 37 geführt
werden. In 9 ist an
die Wicklungen 41 ein Strommuster derart angelegt, daß benachbarte
Wicklungen 41 jeweils Magnetfelder entgegengesetzter Orientierungen
erzeugen. Hierdurch entsteht in der Blendenöffnung der Linsenbaugruppe 153 eine
Magnetfeldkonfiguration, wie sie in 9 mit
Feldlinie 45 schematisch dargestellt ist. Die Feldkonfiguration
ist näherungsweise
die von mehreren entlang der Mittelachse 15 benachbart
zueinander angeordneten Quadrupolfeldern mit mit Abstand voneinander
angeordneten Symmetrieachsen 17.
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Es ist auch möglich, die magnetische und
die elektrische Linsenbaugruppe in einer Baugruppe zu kombinieren,
indem beispielsweise die Materialfinger 37 metallisiert
werden, um diese als Elektroden auszubilden, denen einstellbare
elektrische Potentiale zugeführt
werden können.
Es ist dann möglich,
in der Öffnung
zwischen den beiden Reihen von Fingern elektrische und magnetische
Felder zu überlagern, um
auf Strahlen geladener Teilchen einzuwirken.
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In 10 ist
ein Elektronenlithographiesystem 105 schematisch dargestellt,
welches einen Stapel 51 von Linsenbaugruppen 153 umfaßt. Das
Lithographiesystem 105 arbeitet mit drei Elektronenstrahlen 107,
welche aus Kathoden 109 emittiert werden, welche einzeln
ansteuerbar sind, um Strahlen 107 unabhängig voneinander an- und auszuschalten.
Die emittierten Elektronen werden durch eine gegenüber den
Kathoden 109 vorgespannte Anode 111 beschleunigt
und treten mit Abstand voneinander in den Stapel 151 ein.
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In 10 sind
die Fingerelektroden der Linsenbaugruppe 153 nur schematisch
als kurze Striche dargestellt. Dabei sind Bereiche von Fingerelektroden,
in denen ein signifikantes elektrisches Feld zur Beeinflussung der
Elektronenstrahlen 107 vorgesehen ist, grau hinterlegt.
In einem in 10 oberen Bereich 113 werden
die Strahlen 107 fokussierend beeinflusst. In einem darunterliegenden
Bereich 115 werden die Strahlen im wesentlichen ablenkend
beeinflusst, und zwar wird der linke Strahl nach links abgelenkt,
der rechte Strahl wird nach rechts abgelenkt und der mittlere Strahl
wird nicht abgelenkt. In einem weiter darunterliegenden Bereich 117 werden
die Strahlen in eine im Vergleich zu dem Bereich 115 jeweils
umgekehrte Richtung abgelenkt. Es wird der linke Strahl 107 nach
rechts abgelenkt, der rechte Strahl
107 wird nach links
abgelenkt, und der mittlere Strahl 107 wird wiederum nicht
abgelenkt. Hierdurch werden die Strahlen 107 jeweils näher zusammen geführt, als
es einem Abstand der Kathoden 109 entspricht. Die drei
Strahlen 107 treten unten aus dem Stapel 151 aus
und treffen auf eine mit einer teilchenempfindlichen Schicht ("resist")
versehene Oberfläche 25 eines
Halbleiterwafers 119, und zwar derart, dass sie dort ausreichend
fein fokussiert sind, um eine notwendige Auflösung bei der Abbildung eines Musters
auf den Wafer zu ermöglichen.
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Die für die Bereitstellung derartiger
Ablenk- und Fokussierfelder notwendigen Spannungsmuster werden den
Fingerelektroden der einzelnen Baugruppen 153 durch eine
in 10 nicht dargestellte Steuerung
zugeführt.
Hierbei ändert
die Steuerung die Muster derart ab, dass die Orte, an denen die Strahlen 107 auf
die Waferoberfläche 25 fokussiert sind,
in x-Richtung verlagerbar sind, wie dies in 10 durch Pfeile 121 angedeutet
ist. Die Steuerung steuert ferner auch die Kathoden 109 an,
um die Strahlen 107 an- und auszuschalten. Zusammen mit dem
Aus- und Anschalten
der Strahlen und deren Verlagerung in der Objektebene bzw. Waferebene 119 ist
es möglich,
ein in der Steuerung gespeichertes Muster auf die Objektoberfläche 119 zu
schreiben bzw. auf diese zu übertragen.
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Wie aus 10 ersichtlich ist, erfolgt die Umlenkung
der Strahlen 107 in weit gestreckten gekrümmten Bahnen,
so dass durch eine jede Linsenbaugruppe 153 nur relativ
geringfügige
"Knicke" in dem Strahlverlauf hervorgerufen werden. Hierdurch ist
es möglich,
die Strahlen in der Objektebene 119 mit vergleichsweise
niedrigen Abbildungsfehlern bzw. Aberrationen zu fokussieren.
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Ferner stellt die Anordnung der Linsenbaugruppen
als Stapel die Möglichkeit
bereit, Strahlen von einem zu nächst
großen
Abstand im oberen Eintritt in den Stapel auf einen geringeren Abstand
am Austritt aus dem Stapel zusammenzuführen.
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Die Fertigung der einzelnen Linsenbaugruppen
durch einen Einsatz der Lithographietechnik macht es möglich, Reihen
von Fingerelektroden mit der notwendigen Präzision einerseits und mit einem sich
in Grenzen haltenden Arbeitsaufwand andererseits zu fertigen. Allerdings
ist der Einsatz von Lithographietechniken, welche auch insbesondere Ätzschritte
umfassen, auf vergleichsweise dünne
Substrate beschränkt,
so dass hinsichtlich der Ausdehnung der einzelnen Fingerelektroden
in z-Richtung Grenzen gesetzt sind. Eine gewisse Ausdehnung der Fingerelektroden
in z-Richtung ist allerdings notwendig, um für die Strahlen auch ein ausreichend
ausgedehntes Ablenkfeld bereitzustellen. Die Beschränkung der
Fingerelektroden auf infinitesimal dünne Flächen ist meist nicht ausreichend.
Allerdings stellt die Beschränkung
der einzelnen Fingerelektroden in z-Richtung kein Hindernis dar,
denn dies kann dadurch ausgeglichen werden, dass entsprechend mehrere
der lithographisch einfach herstellbaren Linsenbaugruppen 153 übereinander
gestapelt werden, um eine ausreichende Länge von Fingerelektrodenflächen in
z-Richtung bereitzustellen.
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In 11 ist
eine Rasterelektronenmikroskopievorrichtung 131 schematisch
dargestellt. Diese umfaßt
eine Strahlungsquellenanordnung 53 zur Erzeugung einer
Mehrzahl von Primärelektronenstrahlen 55 mit
einer Mehrzahl von Glühkathoden 57 zur Emission
von Elektronen, eine Anode 59 zur Extraktion der Elektronen
aus den Glühkathoden 57 sowie eine
Aperturblende 61 mit einer Mehrzahl Blendenöffnungen 63 zur
Formung der mehreren Strahlen 55. In 11 ist die Anordnung 51 zur
Bereitstellung von drei Elektronenstrahlen 55 dargestellt.
Es ist jedoch möglich,
lediglich zwei oder mehr als drei Strahlen entsprechend bereitzustellen.
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Die Mikroskopievorrichtung 131 umfaßt weiter
einen als Objektiv 65 wirkenden Stapel 151 aus Linsenbaugruppen 153 zur
Fokussierung der Primärelektronenstrahlen 55 in
einer Objektebene 25, in der ein zu untersuchendes Objekt 67,
wie beispielsweise ein Halbleiterwafer 67 angeordnet ist.
Aus dem Objekt 67 löst
der darauf fokussierte Primärelektronenstrahl 55 (Sondenstrahl)
Sekundärelektronen
aus, deren Bewegung in 11 durch
einige exemplarische Bahnen 69 dargestellt ist. Die Sekundärelektronen
werden durch ein geeignetes zwischen dem Objektiv 65 und
dem Objekt 67 angelegtes elektrisches Feld beschleunigt
und zu Strahlen 70 geformt, welche das Objektiv durchsetzen
und auf unterhalb der Apperturblende 61 angeordnete Detektoren 73 treffen.
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Zwischen den Detektoren 73 und
dem Objektiv 65 sind nacheinander eine erste Ablenkeranordnung 75 und
eine zweite Ablenkeranordnung 77 vorgesehen. Die Ablenkeranordnungen 75 und 77 umfassen
für einen
jeden Primärenelektronenstrahl 55 ein
Paar von Ablenkelektroden 79 und 80, welchen von
einer Steuerung 103 elektrische Potentiale zugeführt werden,
um zwischen einem Elektrodenpaar 79, 80 ein elektrisches
Feld zur Ablenkung des Primärelektronenstrahls 55 zu
erzeugen. In dem in 11 links
dargestellten Strahl 55 liegt bei beiden Ablenkeranordnungen 75 und 77 jeweils
keine Spannung an den Elektroden 79, 80 an, so
daß die
Ablenkeranordnungen 75 und 77 von dem linken Primärelektronenstrahl 55 geradlinig
durchsetzt werden.
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Bei dem in 11 in der Mitte dargestellten Primärelektronenstrahl 55 liegt
an den Elektroden 79, 80 der oberen Ablenkeranordnung 75 eine
elektrische Spannung derart an, daß der Primärelektronenstrahl 55 zunächst um
einen Winkel nach rechts abgelenkt wird. An den Elektroden 79, 80 der
unteren Ablenkeranordnung 77 liegt eine entgegengesetzte Spannung
derart an, daß der
Primärelektronenstrahl 55 um
einen entsprechenden Winkel derart nach links abgelenkt wird, daß er nach
Durchlaufen der Ablenkeranordnung 77 wieder parallel zur
z-Achse in Richtung zu der Objektivanordnung 65 verläuft. Somit
dienen die beiden Ablenkeranordnungen 75, 77 dazu,
den in der Objektebene 25 fokussierten Primärelektronenstrahl 55 in
der Objektebene parallel zu verlagern, so daß das Objekt 67 mit
dem Sondenstrahl abgetastet werden kann.
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Die Steuerung 103 verlagert
nun das an die Fingerelektroden der Objektivanordnung 65 angelegte
Spannungsmuster in x-Richtung zusammen mit der Ansteuerung der Ablenkelektroden 79, 80 der
Ablenkanordnungen 75, 77, um unabängig von
der Größe des durch
die Ablenkanordnungen 75, 77 erzeugten Strahlversatzes
M einen im wesentlichen zentralen Einfall des jeweiligen Primärelektronenstrahls 55 in
das diesem zugeordnete Quadrupolfeld der Kammelektrode 11 zu
gewährleisten,
so daß die
anhand der 3 erläuterte Fokussierung
in der Objektebene 25 im wesentlichen gewährleistet
ist.
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Somit ist es mit der in 11 gezeigten Mikroskopievorrichtung 131 möglich, ein
Objekt mit einer Mehrzahl von Primärelektronenstrahlen 55 gleichzeitig
abzutasten und für
einen jeden der Primärelektronenstrahlen 55 ein
diesem zugeordnetes Sekundärelektronensignal
mit den den Strahlen jeweils zugeordneten Detektoren 73 zu
erfassen. Hierdurch kann ein elektronenmikroskopisches Abbild des
Objekts gewonnen werden.
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In 12 ist
eine teilchenoptische Vorrichtung 1 perspektivisch dargestellt,
welche einen Stapel 151 von Lin senbaugruppen 153 aufweist.
Eine jede Linsenbaugruppe 153 umfasst eine kreisrunde metallische
Scheibe bzw. Platte 155 mit einer zentralen kreisrunden
Aperturöffnung 157.
Auf einer jeden Scheibe 55 sind drei Kugelkalotten 152 aus
Saphirmaterial aufgebracht, welche die Scheiben 155 und damit
die Baugruppen 153 auf einem definierten Abstand voneinander
halten und diese auch elektrisch voneinander isolieren.
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Eine jede der Scheiben 155 ist
an eine Steuerung 103 elektrisch separat angeschlossen.
Die Steuerung 103 versorgt die Scheiben 155 mit
jeweils einstellbaren und änderbaren
Spannungen.
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Im oberen Teil der 13 bildet der Stapel 151 eine
Objektivlinse eines Elektronenmikroskops 131, dessen Strahlengang
in 16 schematisch dargestellt
ist.
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An die Linsenbaugruppen 153,
von denen eine jede für
den Elektronenstrahl eine Rundlinse bildet, ist durch die Steuerung 103 ein
Spannungsmuster angelegt, so daß sich
auf einer Zentralachse 131 des Stapels 51 ein
Potentialverlauf einstellt, wie er im unteren Teil der 13 dargestellt ist. Dabei
liegt zwischen dem in der Objektebene 25 angeordneten Objekt
und der diesem nächsten
Blende 155, welche mit einem Abstand ΔZ von der Objektebene angeordnet
ist, ein Potentialunterschied ΔU1 derart vor, daß ein zwischen dem Objekt und
der diesem nächsten Blende 155 ein
elektrisches Extraktionsfeld E1 entsteht,
das von der Objektebene 25 ausgehende Sekundärelektronen
hin zu der durch den Stapel 151 gebildeten Objektivlinse
des Mikroskops 131 beschleunigt. Dieses Extraktionsfeld
E1 ist in 13 unten
durch eine gestrichelte Linie angedeutet.
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In 14 ist
der Stapel 151 nicht im Detail darge stellt. Allerdings
ist in 14 ersatzweise durch
schwarze Blöcke
eine Geometrie einer Linse dargestellt, welche auf die Elektronen
die gleiche Wirkung hätte,
wie der Linsenstapel 151 bei der Ansteuerung in dem ersten
Betriebsmodus. Durch eine solche Ersatzlinse könnte der Stapel in dem ersten Betriebsmodus
ersetzt werden, um die gleiche fokussierende Wirkung auf die Elektronen
zu haben.
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Ferner sind in 14 zwei von der Objektebene 25 auf
der Achse 131 und unter einem Winkel zu dieser startende
Axialstrahlen in durchgezogener Linie eingetragen, und ein mit Abstand
von der Achse 131 und parallel zu dieser von der Objektebene 25 startender
Feldstrahl ist in 14 mit
gestrichelter Linie eingetragen.
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Die Fokussierwirkung der Objektivlinse 51 ist derart,
daß hinter
der Objektivlinse ein cross-over in einer Ebene 135 entsteht,
eine weitere Feldlinse 137 fokussiert den Strahl derart,
daß in
einer Zwischenbildebene 139 ein Zwischenbild der Objektebene 25 entsteht,
und ein Projektiv 141 bildet die Zwischenbildebene 139 schließlich auf
eine Bildebene 143 ab, in der ein ortsauflösender Detektor 145 angeordnet
ist. Somit entsteht auf dem Detektor 145 ein Bild der Objektebene 25.
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In 15 und
der dieser entsprechenden 16 ist
ein weiterer Betriebsmodus des Elektronenmikroskops 131 erläutert, welcher
von dem in den 13 und 14 gezeigten Betriebsmodus
verschieden ist. In dem zweiten Betriebsmodus ist eine Spannung ΔU2 zwischen der der Objektebene 25 nächsten Aperturblende 55 und
dem Objekt geringer, so daß auch
ein beim Austritt aus der Objektebene 25 auf die Elektronen
wirkendes Extraktionsfeld E2 geringer ist
als das Extraktionsfeld E1 in 13. Das im Vergleich zur 13 geringere Extraktionsfeld
E2 ist aus der geringeren Neigung der eingetragenen
gestrichelten Geraden in der 15 ersichtlich.
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Wenn in diesem zweiten Betriebsmodus
der Linsenstapel 151 in einer gleichen Weise erregt werden
würde wie
in dem ersten Betriebsmodus, so würde dies dazu führen, daß ein entsprechender cross-over
und das Zwischenbild nicht mehr in den Ebenen 135 bzw. 139 der 14 entstehen würde. Es
wäre dann
das Bild der Objektebene 25 in der Ebene des Detektors 145 unscharf,
und es müßte die Feldlinse 137 und 144 angesteuert
werden, um das Bild auf den Detektor wieder scharf zu stellen. Allerdings
sind die Freiheitsgrade zur Ansteuerung der Feldlinse 137 und
des Projektivs 141 hierzu nicht voll ausreichend, und es
wird dafür
die Objektivlinse 151 von der Steuerung in dem zweiten
Betriebsmodus mit einem Spannungsmuster versorgt, welches von dem Spannungsmuster
in dem ersten Betriebsmodus verschieden ist.
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In 16 ist
wiederum als schwarze Blöcke eine
Geometrie einer Ersatzlinse aus drei Elektroden dargestellt, welche
derart bemessen und angeordnet sind, daß die Ersatzlinse auf die Elektronen
die gleiche Wirkung hätte,
wie der in dem zweiten Betriebsmodus angesteuerte Linsenstapel 151.
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Ferner ist der sich dabei einstellende
Potentialverlauf auf der Achse 131 in 15 unten dargestellt. Die Ansteuerung
der einzelnen Blendenelektroden 155 ist in dem zweiten
Betriebsmodus derart, daß sich
der cross-over nach dem Objektiv 151 wieder in der gleichen
Ebene 135 einstellt, wie dies im ersten Betriebsmodus der
Fall ist. Es stellt sich dann auch, bei im wesentlichen gleicher
Erregung der Feldlinse 137 das Zwischenbild wieder in der
gleichen Ebene 139 ein, wie in dem ersten Betriebsmodus.
Damit ergibt sich auch im zweiten Betriebsmodus wiederum auf dem
Detektor 145 ein im wesentlichen scharfes Bild der Objektebene 25,
ohne das dabei die Erregung des Projektivs 141 wesentlich
geändert
werden muß.
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Aus dem Vergleich der 14 und 16 ist ersichtlich, daß zwei grundsätzlich unterschiedliche Geometrien
von Linsen aus drei Elektroden notwendig wären, um in beiden Betriebsmoden
eine optimale Abbildung zu erreichen.
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Die mehreren Blendenelektroden 155 des Stapels 151 bzw.
der Objektivlinse stellen hingegen ausreichend Freiheitsgrade bereit,
um das Objektiv für
beide Betriebsmoden im Hinblick auf eine Abbildungsqualität zu optimieren.
Dies wird auch aus folgender Überlegung
deutlich:
In beiden Betriebsmoden ist der Abstand ΔZ zwischen
der Objektebene 25 und der dieser nächsten Aperturblende 155 gleich.
Da in dem ersten Betriebsmodus die Elektronen beim Eintritt in den
Stapel eine höheren
kinetische Energie aufweisen, ist auch das Gewicht der Linsenwirkung
im Vergleich zum zweiten Betriebsmodus näher an die Objektebene verlagert, wie
dies aus einem Vergleich der Erregungsmuster der 14 und 16 bzw.
der Graphen in den unteren Teilen der 13 und 15 ersichtlich ist. Dies
führt aber
auch dazu, daß ein
elektrisches Feld, welches von den erregten Aperturblenden 155 im
inneren des Stapels erzeugt wird, durch die Öffnung 157 in der Objektebene 25 nächsten Aperturblende 155 hindurchdringt
und bis zu der Objektebene 25 reicht. Das durchdringende
Feld ist in der Objektebene ausreichend inhomogen und wirkt damit
ebenfalls fokussierend auf die dort austretenden Sekundärelektronen.
Dies wird deutlich aus der kurz nach der Objektebene 25 einsetzenden
Krümmung
der gestrichelten Feldbahn in 14.
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In dem zweiten Betriebsmodus ist
dieser Effekt nicht von großer
Bedeutung, da die der Objektebene 25 nächstliegende erregte innere
Aperturblende 155 mit größerem Abstand von der Objektebene 25 angeordnet
ist als in dem ersten Betriebsmodus. Entsprechend dringt auch ein
durch diese erste erregte Aperturblende 155 erzeugtes elektrisches
Feld in wesentlich geringerem Maße durch die der Objektebene 25 nächste Aperturblende
hindurch bis zu der Objektebene und übt dort entsprechend eine im
wesentlichen vernachbläßigbare
fokussierende Wirkung auf die Sekundärelektronen aus. Dies ist aus dem
im wesentlichen gradlinigen Verlauf des Feldstrahls bis in den Plattenstapel 51 hinein
ersichtlich.
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Daraus wird deutlich, daß in den
beiden Betriebsmoden die Aperturblenden 155 des Stapels 151,
um eine optimale Abbildung der Objektebene 25 auf den Detektor 145 zu
erzeugen, in charakteristisch verschiedener Weise erregt werden
müssen,
wozu allerdings der Aufbau der Objektivlinse als Linsenstapel 51 ausreichende
Freiheitsgrade bietet.
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Das Verlagern der Hauptlinsenwirkung
näher hin
zu bzw. weiter weg von der Objektebene 25 kann auch als
eine Arbeitsabstandsänderung
der Linsenwirkung betrachtet werden, ohne daß hierzu ein Abstand zwischen
dem Objektiv bzw. dem Stapel 51 und der Objektebene 25 mechanisch
verändert
werden muß.
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In 17 ist
eine Variante des Linsenbaugruppenstapels gemäß 12 dargestellt. In 12 stellen die einzelnen Linsenbaugruppen
jeweils eine elektrostatische Linse bereit. Die in 17 gezeigte teilchenoptische Vorrichtung 1 umfasst
hingegen einen Stapel 151 aus mehreren Linsenbaugruppen 153,
welche jeweils ein Paar von kreisrunden planen Polschuhen 152 umfassen,
welche radial außen durch
ein zylindrisches Joch 154 magnetisch geschlossen sind.
Zwischen einem jeden Paar von Polschuhen 152 ist eine Stromleiterwicklung 156 vorgesehen,
welche durch in 17 nicht
dargestellte einstellbare Stromquellen gespeist werden, um zwischen
den jeweils benachbarten Polschuhen 152 einstellbare magnetische
Felder zu erzeugen. Die fokussierenden Wirkungen dieser Felder erfährt ein Strahl
geladener Teilchen nacheinander, wenn er den Stapel 51 entlang
einer Symmetrieachse z desselben durch Aperturöffnungen 158 der Polschuhe 152 durchläuft.
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Dieser Stapel von magnetisch wirkenden Linsenbaugruppen
kann alternativ zu den elektrostatischen Linsenstapeln in einem
Elektronenmikroskop entsprechend 14 und 16 eingesetzt werden.
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Das Elektronemikroskopiesystem 131,
dessen Strahlengang in den 14 und 16 dargestellt ist, bildet
die Objektebene 25 flächig
ortsabbildend auf den Detektor 145 ab. Somit ist das System
einsetzbar beispielsweise in einem Transmissionselektronenemikroskop
(TEM), in dem das Objekt von einer dem Stapel 151 bezüglich der
Objektebene 25 gegenüberliegenden
Seite beleuchtet wird. Es ist jedoch auch möglich, einen Primärelektronenstrahl
mit einer Strahlweiche in den in den 14 und 16 dargestellten Strahlengang
einzukoppeln, so daß die Beleuchtung
der Objektebene 25 durch das Objektiv 51 mit Primärelektronen
durch die Objektivlinse 51 hindurch erfolgt ("LEEM", "SEEM")
. Es ist auch möglich,
die Objektebene 25 mit einem Photonenstrahl zu beleuchten,
um Photoelektronen aus dem Objekt auszulösen. Der Photonenstrahl kann
beispielsweise über
einen Spiegel in das Objektiv 151 eingekoppelt werden.
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In 18 ist
eine Objektivlinse 251 eines Rasterelektronenmikroskops
(SEM) schematisch dargestellt, bei dem ein Primärelektronenstrahl 253 in 18 von oben in die Objektivlinse 251 entlang einer
optischen Achse 231 des Objektivs 251 eingeschossen
wird. Der Strahl 253 wird fokussiert, und zwar zum einen
durch die Wirkung einer magnetischen Fokussierlinse 255 und
zum anderen durch die Wirkung einer elektrostatischen Fokusierlinse 157. Die
elektrostatische Fokusierlinse 257 weist einen Aufbau auf,
wie er bereits im Zusammenhang mit 12 erläutert wurde.
Ebenso sind die mehreren Aperturblenden 155 der elektrostatischen
Linse 257 durch eine in 18 nicht
gezeigte Steuerung einzeln ansteuerbar, um die Fokussierwirkung
zu optimieren.
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Selbst wenn sich das magnetische
Feld durch unterschiedliche Erregung der magnetischen Fokussierlinse 255 infolge
von Sättigungseffekten oder ähnlichem
nicht in Axialrichtung verlagern würde, stellt der Linsenstapel
der elektrischen Fokussierlinse 257 wiederum Freiheitsgrade
bereit, um das Objektiv 251 im Hinblick auf verschiedene
Betriebsmoden anzupassen, in denen beispielsweise unterschiedliche
Fokussierungen, Arbeitsabstände
oder Extraktionsfelder zur Probe hin ausgewählt werden.
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Die magnetische Fokusierlinse 255 umfasst einen
konischen äußeren Polschuh 259 und
einen ebenfalls konischen inneren Polschuh 261, welche durch
ein Magnetjoch 263 radial außen geschlossen sind. Radial
innen ist zwischen dem inneren und dem äußeren Polschuh 261, 259 ein
axialer Spalt ("gap") 265 bereitgestellt. Zwischen dem
inneren und dem äußeren Polschuh 261 und 259 ist
eine Magnetwicklung 267 vorgesehen, um einen magnetischen
Fluß in
den Polschuhen zu erregen, dieser tritt an dem Polschuhspalt 265 aus
und wirkt fokussierend auf den Primärelektronenstrahl 253.
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Auch das Objektiv 251 ist
in verschiedenen Betriebsmoden zu betreiben, welche sich durch eine Stärke der
Erregung der Magnetlinse 255 unterscheiden. Hierdurch verlagert
sich die magnetische Linsenwirkung unter anderem aufgrund von Sättigungseinflüssen entlang
der optischen Achse 231. Dies resultiert unter anderem
daraus, daß bestimmte
Bereiche der Polschuhe 259, 261 bei stärkeren Erregungen
in magnetische Sättigung
gehen.
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Damit verändert sich auch (abgesehen
von einer Stärke
des Magnetfelds) dessen Lage entlang der optischen Achse und damit
die Fokussierwirkung der Magnetlinse 255.
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Da die Magnetlinse 255 und
die elektrostatische Linse 257 auf die Elektronen gemeinsam
fokussierend wirken, wird die elektrostatische Linse 257 derart
angesteuert, daß sie
die Änderung
der magnetischen Fokussierwirkung kompensiert und damit die elektrostatische 257 und
die magnetische 255 Fokusierlinse gemeinsam eine gleichbleibende
Linsenwirkung unabhängig
von der Erregung der Magnetlinse 255 bereitstellen, weshalb
das Objektiv 251 in beiden Betriebsmoden mit hoher und
im wesentlicher gleichbleibender Auflösung betrieben werden kann.
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In 18 ist
weiter noch eine Sekundärelektronendetektor 255 oberhalb
der magnetischen Fokusierlinse 255 dargestellt, welcher
von dem Primärelektronenstrahl 253 zentral
durchsetzt wird. Ferner zeigt 18 noch
eine Ablenkeinrichtung 267 zur Auslenkung des Primärelektronenstrahls
in der Objektebene 25, um durch abtasten der Objektebene 25 mit
dem Detektor 165 ein elektronenmikroskopisches Bild der
Objektebene 25 zu erzeugen.
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In 19 ist
eine Variante einer Linsenbaugruppe 153 dargestellt, welche
in dem Stapel 51 gemäß 12 einsetzbar ist. Die Linsenbaugruppe 153 der 19 umfasst eine isolierende
kreisrunde Trägerplatte 155 mit
einer zentralen Aperturöffung 157. Auf
der elektrisch isolierenden Platte 155 sind vier Sektorelektroden 271 aufgebracht,
welche voneinander isoliert sind und welchen von einer Steuerung Spannungen
unabhängig
voneinander zugeführt werden
können.
Damit ist die Linsenbaugruppe 153 der 19, wenn sie in den Stapel gemäß 12 eingefügt wird,
als Quadrupollinse betreibbar und kann Korrekturen an dem den Stapel
durchsetzenden Elektronenstrahl vornehmen.
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Wenn zwei Elektroden 171 mit
einer gemeinsamen Spannung beaufschlagt werden, wirkt die Anordnung
ebenfalls als Strahlablenker und kann gegebenenfalls den Strahlablenker 167 der 18 ersetzen.
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Es ist auch möglich statt der vier Sektorelektroden 171 eine
höhere
Anzahl von Sektorelektroden vorzusehen, um Felder mit Hexapolsymmetrie
oder höher
zu erzeugen.
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Zusammenfassend wird eine teilchenoptische
Vorrichtung vorgeschlagen, um einen Strahl geladener Teilchen auf
eine Objektebene zu richten oder die Objektebene mit dem Strahl
auf eine Bildebene oder Zwischenbildebene abzubilden. Die Vorrichtung
umfasst einen Stapel aus Linsenbaugruppen, welche in Strahlrichtung
mit festem Abstand voneinander angeordnet und ansteuerbar sind,
um für
einen den Stapel durchsetzenden Strahl nacheinander einstellbarere
Ablenkfelder bereitzustellen.
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Eine jede Linsenbaugruppe stellt
wenigstens ein Feldquellelement für ein magnetisches oder elektrisches
Feld bereit.
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Insbesondere können zwei Reihen von mehreren
Feldquellelementen pro Linsenbaugruppe bereitgestellt sein.