Verfahren zum Betreiben eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems unter Veränderung der numerischen Apertur, zugehöriges Computerprogrammprodukt und Vielzahl- Teilchenstrahlsystem

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Teilchenstrahl-Systeme, welche mit einer Vielzahl von Teilchenstrahlen arbeiten.

Stand der Technik

Mehrstrahl-Teilchenmikroskope können ebenso wie Einzelstrahl-Teilchenmikroskope dazu verwendet werden, Objekte auf einer mikroskopischen Skala zu analysieren. Bspw. können mittels dieser Teilchenmikroskope Bilder eines Objekts aufgenommen werden, welche eine Oberfläche des Objekts repräsentieren. Auf diese Weise kann bspw. die Struktur der Oberfläche analysiert werden. Während in einem Einzelstrahl-Teilchenmikroskop ein einziger Teilchenstrahl aus geladenen Teilchen wie bspw. Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen, dazu verwendet wird, das Objekt zu analysieren, wird in einem Mehrstrahl-Teilchenmikroskop eine Mehrzahl von Teilchenstrahlen dazu verwendet. Die Mehrzahl der Teilchenstrahlen, welche auch als Bündel bezeichnet wird, wird gleichzeitig auf die Oberfläche des Objekts gerichtet, wodurch verglichen mit einem Einzelstrahl-Teilchenmikroskop eine deutlich größere Fläche der Oberfläche des Objekts während eines gleichen Zeitraums abgetastet und analysiert werden kann.

Aus der WO 2005/ 024 881 A2 ist ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem in Form eines Elektronenmikroskopiesystems bekannt, welches mit einer Vielzahl von Elektronenstrahlen arbeitet, um ein zu untersuchendes Objekt mit einem Bündel von Elektronenstrahlen parallel abzurastern. Das Bündel von Elektronenstrahlen wird erzeugt, indem ein von einer Elektronenquelle erzeugter Elektronenstrahl auf eine Multiaperturplatte gerichtet wird, welche eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Ein Teil der Elektronen des Elektronenstrahls trifft auf die Multiaperturplatte und wird dort absorbiert, und ein anderer Teil des Stahls durchsetzt die Öffnungen der Multiaperturplatte, so dass im Strahlengang hinter einer jeden Öffnung ein Elektronenstrahl geformt wird, dessen Querschnitt durch den Querschnitt der Öffnung definiert ist. Weiterhin führen geeignet gewählte elektrische Felder, welche im Strahlengang vor und/ oder hinter der Multiaperturplatte bereitgestellt sind, dazu, dass eine jede Öffnung in der Multiaperturplatte als eine Linse auf den die Öffnung durchsetzenden Elektronenstahl wirkt, so dass die Elektronenstrahlen in einer Ebene fokussiert werden, welche in einem Abstand von der Multiaperturplatte liegt. Die Ebene, in der die Foki der Elektronenstrahlen gebildet werden, wird durch eine nachfolgende Optik auf die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts abgebildet, so dass die einzelnen Elektronenstrahlen als Primärstrahlen fokussiert auf das Objekt treffen. Dort erzeugen sie von dem Objekt ausgehende Wechselwirkungsprodukte wie Rückstreuelektronen oder Sekundärelektronen, welche zu Sekundärstrahlen geformt und von einer weiteren Optik auf einen Detektor gerichtet werden. Dort trifft ein jeder der Sekundärstrahlen auf ein separates Detektorelement, so dass die mit diesem detektierten Elektronenintensitäten Informationen zu dem Objekt an dem Ort bereitstellen, an dem der entsprechende Primärstrahl auf das Objekt trifft. Das Bündel von Primärstrahlen wird systematisch über die Oberfläche des Objekts gescannt, um in der für Rasterelektronenmikroskope üblichen Weise ein elektronenmikroskopisches Bild des Objekts zu erzeugen.

Bei dem beschriebenen Vielzahl-Teilchenstrahlsystem ist eine hohe Auflösung bei der teilchenoptischen Abbildung in der Praxis von hoher Relevanz. Entscheidend für eine gute Auflösung ist der Wert der numerischen Apertur. Die numerische Apertur wird bereits beim Systemdesign vom Optikdesigner optimiert, um die bestmögliche Auflösung zu erzielen. Die Auflösung setzt sich aus mehreren Beiträgen zusammen wie zum Beispiel der Vergrößerung bzw. Verkleinerung des virtuellen Durchmessers der Teilchenquelle, der Beugung und den Aberrationen von teilchenoptischen Komponenten, wobei diese Beiträge auf unterschiedliche Weise von der numerischen Apertur abhängig sind. Außerdem existiert eine Abhängigkeit dieser Beiträge vom jeweiligen Arbeitspunkt des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems, der zum Beispiel durch die Strahlstromstärke und/ oder die Landeenergie der Teilchen auf dem Objekt gekennzeichnet sein kann. Bei gegebenem Arbeitspunkt und bei festgelegten Systemparametern (z.B. Aberrationskoeffizienten, Helligkeit der Quelle) existiert jedenfalls ein Wert für die numerische Apertur an der Probe, für den die Fleckgröße der Einzel- Teilchenstrahlen auf dem Objekt minimal ist. Dabei wird die numerische Apertur typischerweise nur für einen Arbeitspunkt des Systems optimiert und auch hier kann es Vorkommen, dass die numerische Apertur für diesen einen Arbeitspunkt trotz aller Berechnungen nicht optimal ist.

Es ist deshalb wünschenswert, die numerische Apertur des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems verändern zu können. Dies würde es erlauben, die Auflösung im Betrieb zu verbessern oder zu optimieren. Es ist eine Zielsetzung, die numerische Apertur (NA) der Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene zu verändern, ohne den Strahlabstand zwischen den Einzel-Teilchenstrahlen dadurch zu ändern. Die wahlweise Erhöhung der numerischen Apertur hat dabei den wünschenswerten Effekt, dass eine kleinere Spotgröße der Beleuchtungsspots der Einzel- Teilchenstrahlen auf einer Probe erreicht wird, und somit die Auflösung bei der Abbildung verbessert wird, sofern die Aberrationen in der Abbildungsoptik nicht zu groß werden. Eine Veränderung der numerischen Apertur, insbesondere eine Erhöhung, ist daher insbesondere für Partikelstrahlsysteme mit besserer Korrektion beispielsweise mit verringerter Strahldispersion oder verringerten Öffnungsfehlers vorteilhaft.

Beschreibung der Erfindung

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems bereitzustellen, das es erlaubt, die numerische Apertur zu variieren, und zwar insbesondere auf einfache Weise und ohne konstruktive Veränderungen an dem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem vorzunehmen, wobei andere teilchenoptische Parameter wie zum Beispiel der Abstand der Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen auf die Probe (der sog.„Pitch“) dennoch nicht verändert werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.

Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer DE 10 2019 005 362.1 , deren Offenbarung vollumfänglich durch in Bezugnahme in diese Anmeldung mit aufgenommen wird.

Der Erfindung liegen dabei folgende Überlegungen zugrunde: Ein Vielzahl- Teilchenstrahlsystem, das mit einer einzelnen Säule arbeitet, weist einen Multistrahl- Generator zur Erzeugung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen aus einem einzelnen Teilchenstrahl auf. Dieser Multistrahl-Generator kann dabei eine Multiaperturplatte in Kombination mit einem Multilinsen-Array und/oder einem Multideflektor-Array umfassen. Durch den Multistrahl-Generator wird also die Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen erzeugt und auf eine Zwischenbildebene abgebildet. Bei dieser Zwischenbildebene kann es sich um eine reelle Zwischenbildebene oder um eine virtuelle Zwischenbildebene handeln. In beiden Fällen ist es so, dass die Orte der Einzel-Teilchenstrahlen in dem Zwischenbild als virtuelle Teilchenquellen und somit als Ursprünge für die weitere teilchenoptische Abbildung angesehen werden können. Die virtuellen Teilchenquellen in dieser Zwischenbildebene werden somit abgebildet auf ein Objekt bzw. in die Objektebene und das zu untersuchende Objekt kann mit der Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen abgerastert werden.

Bei der teilchenoptischen Abbildung der virtuellen Teilchenquellen auf die Objektebene gilt dabei folgende Erhaltungsgröße:

NA x Pitch x y[u = const (1) wobei NA die numerische Apertur, der Pitch den Abstand zwischen den benachbarten Einzel- Teilchenstrahlen und U das elektrische Potenzial in einer Zwischenbildebene oder in der Objektebene bezeichnen. Dabei sind die elektrischen Potenziale U wie in der elektronenoptischen Theorie üblich auf den Nullpunkt der kinetischen Energie der Teilchen bezogen, d.h. die Nullpunkte der elektrischen Potenziale stimmen mit dem Nullpunkt der kinetischen Energie der Teilchen überein. Werden die numerische Apertur und die Spannung nicht verändert, so lässt sich der Wert der Erhaltungsgröße dennoch durch eine Veränderung des Abstandes von benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen festlegen. Dieser geänderte Wert der Erhaltungsgröße gilt dann für die teilchenoptische Abbildung insgesamt, also auch in jeder Zwischenbildebene oder in der Objektebene.

Betrachtet man nun die Situation in der Zwischenbildebene (bezeichnet mit dem Index 1 ) und in der Objektebene (bezeichnet mit dem Index 2), so gilt:

LM1 x Pitchl x /u 1 = NA2 x Pitch2 x Vl/2 (2)

Umformung von Gleichung (2) und Auflösen zur numerischen Apertur bezogen auf die Objektebene ergibt:

NA1 X Pitch 1 X fü 1

NA2 = - - (3)

Pitch 2 x y/U2

Wird das elektrische Potenzial U2 und der Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel- Teilchenstrahlen in der Objektebene Pitch2 konstant gehalten, so lassen sich aus Gleichung (3) die verschiedenen Möglichkeiten ablesen, wie die numerische Apertur NA2 eingestellt werden könnte: - Man kann die numerische Apertur bezogen auf die Zwischenbildebene verändern, z.B. durch Variieren des Apertur-Durchmessers der Multiaperturplatte des Multistrahl- Generators.

- Man kann einen anderen Multistrahl-Generator mit anderen Abständen zwischen den Öffnungen der Multiaperturplatte verwenden, wodurch der Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der Zwischenbildebene verändert wird.

- Man kann auch das elektrische Potenzial im Zwischenbild durch eine spezielle Booster- Elektrode verändern.

Die ersten zwei vorgeschlagene Lösungen haben den Nachteil, dass die Multiaperturplatte bei jeder Änderung des Arbeitspunktes ausgetauscht werden muss, was zeitaufwendig ist und schlimmstenfalls sogar dazu führen kann, dass das System neu zu justieren ist. Die dritte Lösung würde eine neue Hochspannungseinrichtung notwendig machen und zusätzliche Aberrationen einführen.

Anders als bei Einzelstrahlsystemen kann bei Vielstrahlsystemen mit einer Vielzahl von Einzelstrahlen in einer Rasteranordnung die numerische Apertur oder der Pitch der Einzelstrahlen nicht einfach verändert werden. Der Strahlabstand oder Pitch der Rasteranordnung der Vielzahl von Einzelstrahlen wird über eine Multiaperturplatte fest vorgegeben. Die Multiaperturplatte erzeugt in einer Zwischenbildebene eine Vielzahl von Strahlfokuspunkten, beispielsweise in einer Richtung N Fokuspunkte mit Abstand Pitch P1 und numerischer Apertur eines Einzelstrahls von NA1. Hat das der Multiaperturplatte nachgeordnete Abbildungssystem einen Abbildungsmaßstab M1 , so ist die numerische Apertur in der Bildebene NA2 = NA1/M1 und der Pitch P2 auf der Probe ist P2 =

M1 ^* P1. Pitch und NA sind also miteinander gekoppelt und können nicht unabhängig voneinander verändert werden. Das Problem der NA-Änderung tritt daher bei Multi-Strahl- Mikroskopen auf, die eine Vielzahl von Einzelstrahlen durch eine gemeinsame Optik abbilden. Eine NA-Änderung führt zwangsläufig immer zu einer Änderung des Strahlabstandes, was ungewünscht ist. Eine Änderung der numerischen Apertur ohne gleichzeitige Änderung des Pitches ist daher in gewöhnlichen Multistrahlmikroskopen nicht möglich.

Es ist vorteilhaft, möglichst viele Strahlen auf eine vorgegebene Fläche zu verteilen. Der Detektionspfad muss die dazugehörenden Sekundär-Strahlen jedoch trennen, insbesondere unter Berücksichtigung der Energiespektren der Sekundärelektronen (SE). Hierbei ergibt sich ein minimaler Pitch. Dieser minimale Pitch ist abhängig von der Performance (Aberrationen) der Abbildungsoptik, der Probe (Energiespektrum der SE) und den abzubildenden Kontrasten (Filterung der Energiespektren der SE). Es gibt kritische Proben, bei denen ein größerer Pitch benötigt wird und gutmütige Proben, bei denen mit einem kleineren Pitch gearbeitet werden kann. Auf Probe anpassbare Flexibilität ist auch hier von Vorteil und es ist mit den Ausführungsbeispielen der Erfindung möglich, den Pitch der Rasteranordnung und die numerische Apertur der Einzelstrahlen unabhängig voneinander einzustellen. Im Folgenden wird ein Spezialfall betrachtet, bei dem der Pitch konstant gehalten wird. In einer äquivalenten Ausführungsform wird die numerische Apertur konstant gehalten und der Pitch verändert. In einer weiteren äquivalenten Ausführungsform werden die numerische Apertur und Pitch unabhängig voneinander verändert, beispielsweise beide vergrößert oder verkleinert.

Ab der Multiaperturplatte folgt ein Abbildungssystem, welches die Vielzahl der Strahlfokuspunkte in eine Bildebene abbildet, in der das Objekt angeordnet ist. Das Abbildungssystem besteht aus hintereinander angeordneten elektronenoptischen Abbildungskomponenten und bildet ein konservatives System mit der Flelmholtz-Lagrange Invariante HLI = NA1 x N x P1 x Ul als Erhaltungsgröße. Kennzeichen eines sogenannten konservativen Abbildungssystems ist, dass die HLI gleich bleibt, d.h. eine Veränderung der numerischen Apertur auf der Probe durch Änderung des Abbildungsmaßstabes ändert bei gleicher Spannung immer auch den Pitch der Vielzahl der Einzelstrahlen.

Eine Änderung der NA ohne Änderung des Pitches und ohne Änderung der Spannungsverhältnisse U1/U2 erfordert daher eine Änderung der HLI 1 in eine HLI2.

Eine Lösung zur Änderung der HLI1 ist, eine Multiaperturplatte mit anderem Pitch zur Verfügung stellen, beispielsweise durch Tausch. Aufgabe der Erfindung ist aber, beispielsweise eine NA-Änderung ohne Pitchänderung und ohne Tausch der Multiaperturplatte zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine erfindungsgemäße Kombination einer neuartigen Multiaperturplattenanordnung (eines neuartigen Multistrahl-Generators) mit einer erfindungsgemäß konfigurierten nachgeordneten Elektronenstrahloptik.

Die Erfinder haben eine neue Möglichkeit entwickelt, um die numerische Apertur NA2 zu verändern, ohne die Abstände zwischen den Öffnungen oder den Durchmesser der Öffnungen der Multiaperturplatte zu ändern. Dabei wird der Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel- Teilchenstrahlen in der Zwischenbildebene verändert, wobei gleichzeitig der Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen (Pitch2) in der Objektebene konstant gehalten wird. Ein Austausch der Multiaperturplatte ist dabei nicht notwendig, sondern es werden die Wirkungen von teilchenoptischen Komponenten, insbesondere des Multistrahl- Generators, anders eingestellt. Für die Einstellung des Strahlabstandes in der Zwischenbildebene benötigt man des Weiteren mindestens eine zusätzliche teilchenoptische Komponente, um auch bei einer Änderung des Strahlabstands in der Zwischenbildebene die anderen teilchenoptischen Parameter, die die teilchenoptische Abbildung charakterisieren, unabhängig voneinander einstellen oder konstant halten zu können. Diese zusätzliche teilchenoptische Komponente kann beispielsweise eine zusätzliche elektrostatische oder magnetische Feldlinse oder auch eine andere teilchenoptische Komponente oder Anordnung von teilchenoptischen Komponenten sein.

Gemäß einer Ausführungsform ermöglicht es ein Multistrahlgenerator mit einer

Multiaperturplatte und mit einem Multi-Deflektor-Array, den Abstand der Einzel- Teilchenstrahlen in der Zwischenbildebene ohne eine Änderung der NA zu verändern.

Gemäß einer Ausführungsform ermöglicht es ein Multistrahl-Generator mit einer

Multiaperturplatte und mit einer dieser nachgeordneten elektronenoptischen Linse (Gegenelektrode), die numerische Apertur in der Objektebene zu verändern, ohne gleichzeitig den Pitch in der Objektebene zu verändern. Dabei kann durch ein optionales zusätzliches Mikrolinsen-Array eine zusätzliche unabhängige Brennweitenänderung erreicht werden.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese somit auf ein Verfahren zum Betreiben eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems,

wobei das teilchenoptische System eine Mehrzahl von teilchenoptischen Komponenten aufweist, die einen Multistrahl-Generator zur Erzeugung einer Vielzahl von Einzel- Teilchenstrahlen aus einem Teilchenstrahl umfassen und die von dem Einzel-Teilchenstrahl oder der Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen im Wesentlichen durchsetzt werden, und wobei die Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten auf den Einzel-Teilchenstrahl oder auf die Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen einstellbar sind, und

wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Definieren eines ersten Arbeitspunktes des Systems;

Einstellen der Wirkungen (W11..Wn1) der teilchenoptischen Komponenten an dem ersten Arbeitspunkt des Systems derart, dass eine erste Ebene mit Teilchen der Einzel- Teilchenstrahlen teilchenoptisch in eine zweite Ebene abgebildet wird,

wobei die teilchenoptische Abbildung bei der Einstellung für den ersten Arbeitspunkt durch eine Vielzahl von n voneinander unabhängig einstellbaren teilchenoptischen Parametern p (p11..pn1 ) insbesondere vollständig charakterisierbar ist, wobei

• p11 den Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene repräsentiert, • p21 den Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der zweiten Ebene repräsentiert, und

• p31 die numerische Apertur der Mehrstrahl-Teilchenoptik bezogen auf die zweite Ebene repräsentiert, und

wobei die Werte folgender Parameter beim Einstellen der Wirkungen (W1 1..Wn1 ) am ersten Arbeitspunkt verändert werden:

• Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene, also p11 , und

• die numerische Apertur der Mehrstrahl-Teilchenoptik bezogen auf die zweite Ebene, also p31 , und

wobei die Werte der übrigen Parameter p beim Einstellen der Wirkungen (W1 1..Wn1 ) am ersten Arbeitspunkt im Wesentlichen konstant gehalten werden und somit auch folgender Parameter p im Wesentlichen konstant gehalten wird:

• Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der zweiten Ebene, also p21.

In der obigen Notation bezieht sich der zweite Index immer auf den Arbeitspunkt, während der erste Index jedes Parameters gemäß der Parameteranzahl durchnummeriert wird.

Bei den geladenen Teilchen kann es sich zum Beispiel um Elektronen, Positronen, Myonen oder Ionen oder andere geladene Partikel handeln. Bevorzugt handelt es sich um Elektronen, die zum Beispiel mithilfe einer thermischen Feldemissionsquelle (TFE) erzeugt werden. Aber auch andere Teilchenquellen können Verwendung finden.

In der ersten Ebene liegen die virtuellen Teilchenquellen, die durch eine mehrfache Abbildung (Multibild) der einzelnen Teilchenquelle erzeugt werden. Bei der zweiten Ebene handelt es sich um die Objektebene, in die die virtuellen Teilchenquellen ihrerseits abgebildet werden.

Beim Einstellen der Wirkungen werden teilchenoptische Parameter p verändert oder konstant gehalten. Die teilchenoptischen Parameter p, die verändert werden, haben also zumindest am Ende eines Einstellvorganges andere Werte als zum Beginn des Einstellvorganges. Entsprechend haben teilchenoptische Parameter p, die konstant gehalten werden, zumindest am Ende des Einstellvorganges im Wesentlichen denselben Wert wie zu Beginn des Einstellvorganges.

Die teilchenoptische Abbildung wird durch n voneinander unabhängig einstellbare teilchenoptische Parameter p insbesondere vollständig charakterisiert. Charakterisiert sind also somit alle teilchenoptischen Parameter, die von Interesse sind. Es kann auch weitere Parameter geben, die nicht von Interesse sind. Ist die Charakterisierung der teilchenoptischen Abbildung vollständig, so beschreibt die Anzahl n der voneinander unabhängig einstellbaren teilchenoptischen Parameter die minimale Anzahl von Parametern p, die notwendig sind, um die gewünschte Charakterisierung zu erreichen. Sind mehr teilchenoptische Parameter m mit m > n vorhanden, so müssen diese m Parameter zumindest teilweise voneinander abhängig sein. Um das System bei einer Vielzahl von n voneinander unabhängig einstellbaren teilchenoptischen Parametern p auf einen bestimmten Wert einstellen zu können, müssen die teilchenoptische Komponenten des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems also über n Wirkungen verfügen, die jeweils unabhängig voneinander eingestellt werden können.

Ein Sonderfall, der von der oben beschrieben allgemeinsten Ausführungsvariante der Erfindung mit umfasst ist, liegt dann vor, wenn die teilchenoptische Abbildung durch drei voneinander unabhängig einstellbare Parameter p hinreichend charakterisiert wird. Weitere Parameter können dann zwar existieren, sind aber nicht von Interesse und werden deshalb bei der Charakterisierung auch nicht weiter berücksichtigt. Dann ist es so, dass die Art der drei Parameter bereits festgelegt ist. Es handelt sich dann um die folgenden Parameter:

- p1 1 , der den Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene repräsentiert,

- p21 , der den Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der zweiten Ebene repräsentiert, und

p31 , der die numerische Apertur der Mehrstrahl-Teilchenoptik bezogen auf die zweite Ebene repräsentiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl voneinander unabhängig einstellbarer Parameter p, die konstant gehalten werden, mindestens um eins kleiner als die Anzahl aller Wirkungen Wij der teilchenoptischen Komponenten, die im System zur Verfügung stehen. Bei den teilchenoptischen Wirkungen handelt es sich um Einstellungsmöglichkeiten für Linsen und/ oder Deflektoren. Abzugrenzen sind die teilchenoptischen Parameter p insbesondere gegenüber mechanischen Parametern oder Parametern zur Arbeitspunkteinstellung des Systems.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Variation des Abstandes der Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung am Multistrahl-Generator und/ oder ein Einstellen des Fokus in der zweiten Ebene erfolgt im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung an einer anderen teilchenoptischen Komponente als dem Multistrahlgenerator, insbesondere durch das Einstellen einer Wirkung an einer Feldlinse. Bei herkömmlichen Vielzahl- Teilchenstrahlsystemen gemäß dem Stand der Technik ist es oftmals so, dass mithilfe des Multistrahl-Generators (zusätzlich zu dessen Funktion der Einzel-Teilchenstrahlerzeugung) der Fokus der teilchenoptischen Abbildung in der zweiten Ebene eingestellt wird. Erfindungsgemäß wird mittels des Multistrahl-Generators der Abstand der Einzel- Teilchenstrahlen in der ersten Ebene variiert. Um zusätzlich zu der Variation des Abstandes der Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene auch den Fokus (ggf. wieder) einstellen zu können, wird deshalb eine andere teilchenoptische Komponente verwendet, die die Fokuseinstellungsfunktion des Multistrahl-Generators übernimmt. Eine einfache teilchenoptische Komponente für diese Fokuseinstellung stellt die erwähnte Feldlinse dar. Alternativ kann dafür eine Objektivlinse oder eine andere teilchenoptische Komponente verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Multistrahl-Generator ein Multilinsen-Array. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Multilinsen-Array eine Multiaperturplatte und eine elektronenoptische Linse (Gegenelektrode), die in Richtung des Strahlenganges der Einzel-Teilchenstrahlen nach der Multiaperturplatte angeordnet ist. Dabei liegt die Multiaperturplatte bevorzugt auf Erdpotential, es kann aber auch ein anderes Potential an der Multiaperturplatte anliegen. Des Weiteren liegt die elektronenoptische Linse bevorzugt auf Hochvoltpotential, beispielsweise auf einem Potential zwischen 10kV und 20kV. Eine Variation des Abstandes der Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene durch das Einstellen einer Variation am Multistrahl-Generator kann dann im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung an der elektronenoptischen Linse erfolgen. Dabei kann beispielsweise das anliegende Hochvoltpotential variiert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Multilinsen- Array des Weiteren ein Mikrolinsen-Array mit einer Vielzahl von Öffnungen, das in Richtung des Strahlenganges vor der Multiaperturplatte angeordnet ist. Dieses Mikrolinsen-Array liegt bevorzugt auf einem Potential von einigen 100V, zum Beispiel auf einem Potential von etwa 100V, 200V, 300V oder 400V. Eine Variation des Abstandes der Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene durch das Einstellen einer Variation am Multistrahl-Generator kann dann im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung an dem Mikrolinsen-Array erfolgen. Dabei ist es nicht zwingend notwendig, auch eine Wirkung an der elektronenoptischen Linse (Gegenelektrode) einzustellen, dies kann aber zusätzlich erfolgen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Multistrahl-Generator eine Multiaperturplatte und ein in Bezug auf den Strahlengang der Einzel-Teilchenstrahlen danach angeordnetes Multideflektor-Array. Eine Variation des Abstandes der Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene durch das Einstellen einer Variation am Multistrahl-Generator kann dann im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung an dem Multideflektor-Array erfolgen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei dem Verfahren die numerische Apertur in der zweiten Ebene (Objektebene) optimiert. Diese Optimierung der numerischen Apertur kann direkt oder indirekt erfolgen. Es ist dafür also nicht notwendig, dass die numerische Apertur tatsächlich bestimmt oder gemessen wird. Stattdessen kann auch eine andere Größe gemessen werden, die prinzipiell mit der numerischen Apertur zusammenhängt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die numerische Apertur in der zweiten Ebene (Objektebene) um mindestens 10%, bevorzugt um mindestens 15% variiert. Dabei bezieht sich die prozentuale Änderung auf mögliche einstellbare Werte für die numerische Apertur in der zweiten Ebene. Es ist möglich, dass diese beiden Werte verschiedenen Arbeitspunkten des Systems zuzuordnen sind. Es ist aber auch möglich, dass die beiden Werte die Variation der numerischen Apertur an einem festen Arbeitspunkt beschreiben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Auflösung der teilchenoptischen Abbildung optimiert. Die Auflösung kann durch Messungen ermittelt werden und ist deshalb einer Optimierung besonders gut zugänglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Einstellen der Wirkungen am ersten Arbeitspunkt iterativ. Hierbei nähert man sich also schrittweise der gesuchten Einstellung. Iterative Verfahren sind zum Betreiben des Vielzahl- Teilchenstrahlsystems bevorzugt, da das Einstellen einer einzigen Wirkung einer teilchenoptischen Komponente normalerweise Auswirkungen auf zum Teil deutlich mehr als einen einzelnen Parameter p hat. Dies ist also der Komplexität des Vielzahl- Teilchenstrahlsystems als solchem geschuldet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird an dem teilchenoptischen System kein mechanisch einstellbarer Parameter k verändert; und/ oder weder ein Durchmesser von Löchern einer Multiaperturplatte des Multistrahl-Generators, noch deren Abstände zueinander werden verändert; und/ oder der Multistrahl-Generator oder eine seiner Komponenten wird weder baulich verändert noch ganz oder teilweise ausgetauscht, noch in seiner Position verschoben; und/ oder die Position der zweiten Ebene und des Objektes bleibt unverändert. Hier zeigt sich die Eleganz des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr deutlich: eine Variation der numerischen Apertur unter Konstanthaltung des Strahlabstandes benachbarter Einzel-Teilchenstrahlen in der zweiten Ebene (Objektebene) kann allein durch die Einstellung von Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten bewirkt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet somit sehr effizient, schnell und präzise.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Arbeitspunkt durch mindestens einen der folgenden Parameter definiert: Strahlstromstärke, Landeenergie, Position des Objektes, Durchmesser der Einzelstrahlquelle. Dabei wird der Durchmesser der virtuellen Teilchenquellen durch den Durchmesser der Einzelstrahlquelle beeinflusst. Eine Variation der Strahlstromstärke hat einen Einfluss auf die Auflösung und den Durchsatz beim Abrastern eines Objektes. Eine Variation der Landeenergie hat einen Einfluss auf die Eindringtiefe in das Objekt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Einstellen der Wirkungen jeweils das Einstellen einer Spannung und/ oder eines Stromes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung beschreiben die Parameter p teilchenoptische Eigenschaften der Mehrstrahl-Teilchenoptik, insbesondere den Strahlabstand der Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene, den Strahlabstand der Einzel- Teilchenstrahlen in der zweiten Ebene, eine Lage der zweiten Ebene (Objektebene, Fokusebene), Telezentrie der Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen auf die zweite Ebene und/ oder Rotation der Einzel-Teilchenstrahlen beim Auftreffen auf die zweite Ebene.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Ebene eine Zwischenbildebene und/ oder die zweite Ebene ist eine Objektebene (Probenebene). In der Zwischenbildebene liegen die virtuellen Teilchenquellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Multistrahl-Generator ein Multilinsen-Array und/ oder das Bild in der ersten Ebene ist ein reales Zwischenbild. Alternativ umfasst der Multistrahl-Generator ein Multideflektor-Array und/ oder das Bild in der ersten Ebene ist ein virtuelles Zwischenbild. In beiden Fällen liegen in der ersten Ebene die virtuellen Teilchenquellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist also in konstruktiv sehr unterschiedlichen Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen einsetzbar und somit vorteilhaft sehr flexibel.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren folgendes auf: Definieren eines zweiten Arbeitspunktes des Systems;

Einstellen der Wirkungen (W12..Wn2) der teilchenoptischen Komponenten an dem zweiten Arbeitspunkt des Systems derart, dass die erste Ebene mit Teilchen der Einzel- Teilchenstrahlen teilchenoptisch in die zweite Ebene abgebildet wird,

wobei die teilchenoptische Abbildung bei der Einstellung für den zweiten Arbeitspunkt wiederum durch die n teilchenoptischen Parameter p (p12..pn2) charakterisierbar ist, und wobei

• p12 den Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene repräsentiert,

• p22 den Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der zweiten Ebene repräsentiert, und

• p32 die numerische Apertur der Mehrstrahl-Teilchenoptik bezogen auf die zweite Ebene repräsentiert,

wobei die Werte folgender Parameter beim Einstellen am zweiten Arbeitspunkt verglichen mit ihren Werten am ersten Arbeitspunkt des Systems verändert werden:

• Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene, also p12 F p1 1 und

• die numerische Apertur der Mehrstrahl-Teilchenoptik bezogen auf die zweite Ebene, also p32 p31 , und

wobei die Werte der übrigen Parameter p beim Einstellen am zweiten Arbeitspunkt verglichen mit ihren Werten am ersten Arbeitspunkt des Systems im Wesentlichen konstant gehalten werden und somit auch folgender Parameter p im Wesentlichen konstant gehalten wird:

• Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der zweiten Ebene, also p22 = p21.

Das Einstellen der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten an dem zweiten Arbeitspunkt erfolgt also im Prinzip in völlig analoger Weise zur Einstellung der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten am ersten Arbeitspunkt. Entsprechend können auch ein dritter Arbeitspunkt, ein vierter Arbeitspunkt, ein fünfter Arbeitspunkt und weitere Arbeitspunkte definiert und die Wirkungen an diesen Arbeitspunkten eingestellt werden. Bevorzugt erfolgt das Einstellen der Wirkungen am zweiten Arbeitspunkt, an einem dritten, vierten, fünften und / oder einem oder mehreren weiteren Arbeitspunkten iterativ.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren ganz oder teilweise mehrfach ausgeführt. Dies kann sich insbesondere auf Einstellungen für mehrere Arbeitspunkte beziehen, es kann sich aber auch auf die iterative Ausführungsweise eines Einstellungsvorganges beziehen. Außerdem ist es möglich, dass ein Einstellen wiederholt wird, wenn die gefundene Einstellung aus irgendeinem Grunde nicht das gewünschte Resultat liefert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die ermittelten Wirkungen, insbesondere Ströme und/ oder Spannungen, für einen oder mehrere Arbeitspunkte in einer Nachschlagetabelle gespeichert. Dabei ist es möglich, dass in dieser Nachschlagetabelle bereits die Wirkungen für einen ersten Arbeitspunkt vorab eingetragen sind, da diese Werte bereits aus dem Optikdesign bekannt sind. Es ist aber auch möglich, dass auch die Wirkungen am ersten Arbeitspunkt erst ermittelt werden müssen und die (optimalen) Wirkungen erst eingestellt werden. Das Ablegen der Werte von Wirkungen für einen oder mehrere Arbeitspunkte in einer Nachschlagetabelle hat den Vorteil, dass das Vielzahl- Teilchenstrahlsystem sehr schnell optimal an unterschiedlichen Arbeitspunkten betrieben werden kann. Es ist also nicht notwendig, bei jeder Änderung eines Arbeitspunktes erneut das gesamte System neu einzustellen bzw. neu bezüglich der Auflösung zu optimieren. Das erfindungsgemäße Verfahren dient also zur Justierung des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems an einer Mehrzahl von Arbeitspunkten. Bei späteren Messungen ist es dann durch Auswahl eines Arbeitspunktes möglich, sofort mit optimalen Einstellungen der Wirkungen, die vorab bestimmt und gespeichert wurden, den Messprozess zu beginnen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten. Der Programmcode kann dabei in einen oder mehrere Teilcodes untergliedert sein. Es bietet sich zum Beispiel an, den Code zur Steuerung des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems separat in einem Programmteil vorzusehen, während ein anderer Programmteil die Routinen für das Betreiben des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems im Rahmen der vorstehend beschriebenen Justierung beinhaltet.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Vielzahl- Teilchenstrahlsystem, insbesondere zum Ausführen des Verfahrens wie im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben, das Folgendes aufweist:

- eine erste Mehrstrahl-Teilchenoptik mit teilchenoptischen Komponenten, die einen Multistrahl-Generator zur Erzeugung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen aus einem Teilchenstrahl umfasst, und die dazu konfiguriert ist, die Einzel-Teilchenstrahlen auf ein Objekt zu richten; und

- eine Steuerung; wobei die Steuerung konfiguriert ist, die Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten der ersten Mehrstrahl-Teilchenoptik auf die Einzel-Teilchenstrahlen an einem ersten Arbeitspunkt derart einzustellen, dass eine erste Ebene mit Teilchen der Einzel-Teilchenstrahlen teilchenoptisch in eine zweite Ebene abgebildet wird, wobei die zweite Ebene mit der Ebene des Objektes zusammenfällt; und

wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene zu variieren, den Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der zweiten Ebene konstant zu halten, und die numerische Apertur bezogen auf die zweite Ebene zu variieren.

Außerdem ist es möglich, alle übrigen teilchenoptischen Parameter p, die die teilchenoptische Abbildung charakterisieren, durch die Steuerung ebenfalls konstant zu halten und die Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten durch die Steuerung entsprechend so einzustellen, dass dieses Ziel realisiert wird. Ein Variieren der numerischen Apertur bezogen auf die zweite Ebene ist bevorzugt ein Optimieren der numerischen Apertur.

Hinsichtlich der Definition der teilchenoptischen Komponenten gilt das bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ausgeführte.

Auch hinsichtlich der übrigen Definitionen und der Terminologie gilt das bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Ausgesagte.

Die Steuerung des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems erfolgt computerimplementiert. Sie kann insbesondere konfiguriert sein, um das erfindungsgemäße Verfahren - wie oben beschrieben - auszuführen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist die Steuerung des Vielzahl- Teilchenstrahlsystems so konfiguriert, dass eine Variation des Abstandes der Einzel- Teilchenstrahlen in der ersten Ebene im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung am Multistrahl-Generator erfolgt, und/ oder die Steuerung ist so konfiguriert, dass ein Einstellen des Fokus in der zweiten Ebene im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung an einer anderen teilchenoptischen Komponente als dem Multistrahl-Generator, insbesondere durch das Einstellen einer Wirkung an einer Feldlinse, erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Multistrahl-Generator ein Multilinsen-Array. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Multilinsen-Array eine Multiaperturplatte und eine elektronenoptische Linse (Gegenelektrode), die in Richtung des Strahlenganges der Einzel-Teilchenstrahlen nach der Multiaperturplatte angeordnet ist. Dabei liegt die Multiaperturplatte bevorzugt auf Erdpotential, es kann aber auch ein anderes Potential an der Multiaperturplatte anliegen. Des Weiteren liegt die elektronenoptische Linse bevorzugt auf Hochvoltpotential, beispielsweise auf einem Potential zwischen 10kV und 20kV. Eine Variation des Abstandes der Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene durch das Einstellen einer Variation am Multistrahl-Generator kann dann mittels der Steuerung im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung an der elektronenoptischen Linse erfolgen. Dabei kann das anliegende Hochvoltpotential variiert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Multilinsen- Array des Weiteren ein Mikrolinsen-Array mit einer Vielzahl von Öffnungen, das in Richtung des Strahlenganges vor der Multiaperturplatte angeordnet ist. Dieses Mikrolinsen-Array liegt bevorzugt auf einem Potential von einigen 100V, zum Beispiel auf einem Potential von etwa 100V, 200V, 300V oder 400V. Eine Variation des Abstandes der Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene durch das Einstellen einer Variation am Multistrahl-Generator kann dann mittels der Steuerung im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung an dem Mikrolinsen-Array erfolgen. Dabei ist es nicht zwingend notwendig, auch eine Wirkung an der elektronenoptischen Linse (Gegenelektrode) einzustellen, dies kann aber zusätzlich erfolgen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Multistrahl-Generator eine Multiaperturplatte und ein in Bezug auf den Strahlengang der Einzel-Teilchenstrahlen danach angeordnetes Multideflektor-Array. Eine Variation des Abstandes der Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene durch das Einstellen einer Variation am Multistrahl-Generator kann dann mittels der Steuerung im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung an dem Multideflektor-Array erfolgen.

Mittels der beschriebenen Ausführungsformen ist es möglich, NA-Änderungen in der zweiten Ebene (Objektebene) von ä 10%, bevorzugt von > 15%, einzustellen. Dabei bezieht sich die prozentuale Änderung auf mögliche einstellbare Werte für die numerische Apertur in der zweiten Ebene. Es ist möglich, dass diese beiden Werte verschiedenen Arbeitspunkten des Systems zuzuordnen sind. Es ist aber auch möglich, dass die beiden Werte die mögliche Variation der numerischen Apertur an einem festen Arbeitspunkt beschreiben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Multistrahl-Generator relativ zu den übrigen teilchenoptischen Komponenten des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems, raumfest angeordnet. Auch erfolgt keine mechanische Veränderung der Position des Objekts in Richtung der optischen Achse, d.h. des Arbeitsabstands zwischen der Objektoberfläche und der Objektivlinse. Es ist also für die Einstellung der Wirkungen mithilfe der Steuerung nicht erforderlich, den Multistrahl-Generator oder irgendeine andere teilchenoptische Komponente des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems oder das Objekt in irgendeiner Form zu bewegen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Multistrahl-Generator ein Multilinsen-Array und/oder das Bild in der ersten Ebene ist ein reelles Zwischenbild. Alternativ umfasst der Multistrahl-Generator ein Multideflektor-Array und/oder das Bild in der ersten Ebene ist ein virtuelles Zwischenbild. In beiden Fällen gilt auch hier, dass in der Zwischenbildebene virtuelle Teilchenquellen liegen, die mehrfache Bilder der realen Teilchenquelle sind. Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem kann also flexibel realisiert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung des Vielzahl- Teilchenstrahlsystems ferner dazu konfiguriert, die Auflösung der teilchenoptischen Abbildung zu optimieren. Flierzu kann in dem System insbesondere ein Feedback-Loop vorgesehen sein, wobei für verschiedene Einstellungen von Wirkungen die erzielte Auflösung der Abbildung ermittelt und an die Steuerung rückgemeldet wird. Konvergiert der Wert für die Auflösung bei solch einem iterativen Prozess, so handelt es sich bei dem Grenzwert normalerweise um die optimierte Auflösung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl- Teilchenstrahlsystem des Weiteren einen Speicher mit einer Nachschlagetabelle auf, in der Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten, insbesondere Ströme und/oder Spannungen, für einen oder mehrere Arbeitspunkte abspeicherbar oder abgespeichert sind. Es ist also möglich, dass die Nachschlagetabelle bereits mit Werten versehen ist, es ist aber auch möglich, dass die Nachschlagetabelle lediglich angelegt ist, um dann in der Folge mit Werten versehen zu werden. Diese können insbesondere mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ermittelt werden. Hinsichtlich der Arbeitspunkte gilt das bereits in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung Ausgeführte.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Vielzahl- Teilchenstrahlsystem des Weiteren eine Eingabeeinheit zum Auswählen eines Arbeitspunktes aus der Nachschlagetabelle auf. Dabei ist es bevorzugt so, dass nach dem Justieren des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems für mehrere Arbeitspunkte für die sich anschließenden eigentlichen Aufnahmen oder Messungen mithilfe des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems ein Arbeitspunkt aus der Nachschlagetabelle ausgewählt wird. Für diesen Arbeitspunkt sind dann sämtliche Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten bekannt, die zum Beispiel erforderlich sind, um das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem mit einer optimalen Auflösung zu betreiben. Das Vorsehen der Eingabeeinheit erlaubt also ein sehr flexibles Arbeiten mithilfe des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems bei verschiedenen Anforderungen an das Abrastern eines Objektes.

Natürlich ist es möglich, das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem auch mit einer zweiten Mehrstrahl- Teilchenoptik auszustatten, die zum Beispiel eine entsprechende Detektion von aus dem Objekt ausgelösten Sekundärelektronen in ortsaufgelöster Art und Weise ermöglicht. Einzelheiten zu entsprechenden Optiken finden sich zum Beispiel in der vorgenannten WO 2005/024 881 A2.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Multistrahl-Generator ein Multilinsen-Array auf, wobei in Strahlrichtung hinter dem Multistrahl-Generator ein Feldlinsensystem angeordnet ist, das mindestens vier voneinander unabhängig einstellbare Teilchenlinsen aufweist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist der Multistrahl-Generator ein Multideflektor-Array auf, wobei in Strahlrichtung hinter dem Multistrahl-Generator ein Feldlinsensystem angeordnet ist, das mindestens drei voneinander unabhängig einstellbare Teilchenlinsen aufweist.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf die Verwendung des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems, wie in Zusammenhang mit dem dritten Aspekt der Erfindung beschrieben, zum Optimieren der numerischen Apertur und/oder der Auflösung des Vielzahl- Teilchenstrahlsystems an einem Arbeitspunkt. Die Tatsache, dass es das erfindungsgemäße Vielzahl-Teilchenstrahlsystem ermöglicht, die numerische Apertur und/oder die Auflösung des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems an einem Arbeitspunkt einzustellen, ist die wesentliche Stärke des beschriebenen Vielzahl-Teilchenstrahlsystems. Hierdurch gelingen bestmögliche Aufnahmen von Objekten.

Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern sich hierdurch keinerlei technische Widersprüche ergeben.

Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1 : zeigt ein Mehrstrahl-Teilchenmikroskop in schematischer Darstellung; Fig. 2: zeigt zwei Vielzahl-Teilchenstrahlsysteme mit unterschiedlichen Multistrahl-

Generatoren in schematischer Darstellung;

Fig. 3: illustriert den Strahlengang der Teilchenstrahlen des Systems aus Fig. 2a zu

Beginn und am Ende eines Einstellungsvorganges für die numerische Apertur; Fig. 4: illustriert den Strahlengang der Teilchenstrahlen an zwei verschiedenen

Arbeitspunkten des Systems aus Fig. 2b;

Fig. 5: zeigt das System aus Fig. 2a mit nachfolgender Abbildung von

Sekundärelektronen auf einen Teilchen-Multi-Detektor;

Fig. 6: zeigt das System aus Fig. 2b mit nachfolgender Abbildung von

Sekundärelektronen auf einen Teilchen-Multi-Detektor;

Fig. 7: illustriert schematisch den Strahlengang von Einzel-Teilchenstrahlen beim

Durchsetzen eines Multi-Linsen-Arrays;

Fig. 8: illustriert schematisch die Veränderung des Pitches in der Zwischenbildebene bei einer veränderten Einstellung des Multi-Linsen-Arrays aus Fig. 7;

Fig. 9: illustriert schematisch den Strahlengang von Einzel-Teilchenstrahlen beim

Durchsetzen eines Multi-Linsen-Arrays mit zusätzlichem Mikrolinsen-Array; und Fig. 10: zeigt ein Flussdiagramm zur Optimierung der Auflösung.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Teilchenstrahlsystems 1 in Form eines Mehrstrahl-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 l· der Fig. 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 Fig. 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 x 30, 100 x 100 und dergleichen.

In der dargestellten Ausführungsform ist das Feld 103 von Auftrefforten 5 ein im Wesentlichen regelmäßiges rechtwinkliges Feld mit einem konstanten Abstand Pi zwischen benachbarten Auftrefforten. Beispielhafte Werte des Abstands Pi 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 1 1 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 l ₂ in Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die Ebene 21 1 , in welcher einzelne Detektionsbereiche 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 P ₂ zueinander. Beispielhafte Werte des Abstands P ₂ 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, oder ein Feldlinsensystem aus mehreren Feldlinsen, umfasst. Die Teilchenquelle 301 erzeugt einen divergierenden Teilchenstrahl 309, welcher durch die Kollimationslinse 303 kollimiert oder zumindest weitgehend kollimiert wird, um einen Strahl 31 1 zu formen, welcher die Multiaperturanordnung 305 beleuchtet. Der Ausschnitt in Fig. 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 P ₃ 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 P ₃ der Mittelpunkte der Aperturen. Beispielhafte Werte der Durchmesser D sind 0,2 x P ₃ , 0,4 x P ₃ und 0,8 x P ₃ .

Teilchen des beleuchtenden Teilchenstrahles 31 1 durchsetzen die Aperturen 315 und bilden Teilchenstrahlen 3. Teilchen des beleuchtenden Strahles 31 1 , 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 21 1 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 Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatte und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen WO 2005/ 024881 , WO 2007/028595, WO 2007/028596, WO 201 1/124352 und WO 2007/060017 und den deutschen Patentanmeldungen mit den Anmeldenummern DE 10 2013 026 1 13.4 und DE 10 2013 014 976.2 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch in Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.

Das Vielzahl-Teilchenstrahlsystem weist weiterhin ein Computersystem 10 auf, das sowohl zur Steuerung der einzelnen teilchenoptischen Komponenten des Vielzahl- Teilchenstrahlsystems ausgebildet ist, als auch zur Auswertung und Analyse der mit dem Multi-Detektor 209 gewonnenen Signale. Das Computersystem 10 kann dabei aus mehreren Einzelcomputern oder Komponenten aufgebaut sein.

Fig. 2 zeigt zwei Vielzahl-Teilchenstrahlsysteme mit unterschiedlichen Multistrahl-Generatoren in schematischer Darstellung. Fig. 2a zeigt dabei ein System mit einem Multistrahl-Generator 350, der ein Multilinsen-Array bestehend aus einer Multiaperturplatte 351 und einer Gegenelektrode 352 aufweist. Demgegenüber umfasst das System gemäß Fig. 2b einen Multistrahl-Generator 360, der eine Multiaperturplatte 361 und ein Multideflektor-Array 362 aufweist.

Der Strahlengang der Teilchen ist dabei zunächst in beiden Fällen ähnlich: in der Teilchenstrahlquelle 301 , der sogenannten Tip, treten Teilchen, zum Beispiel Elektronen, aus. Die optische Achse des Systems verläuft dabei ausgehend von der Teilchenquelle 301 in Fig. 2 (sowie den folgenden Figuren 3 bis 6) senkrecht von oben nach unten. Die aus der Teilchenstrahlquelle 301 austretenden Teilchen durchsetzen ein Kondensor-Linsen-System 303 und treffen dann als ein im Wesentlichen parallelisiertes Teilchenstrahlenbündel auf den Multistrahl-Generator 350 (Figur 2a), oder als ein leicht divergentes oder konvergentes Teilchenstrahlenbündel auf den Multistrahl-Generator 360 (Figur 2b zeigt den divergenten Fall). In dem Multistrahl-Generator 350, 360 werden also die Einzel-Teilchenstrahlen erzeugt. Der Erzeugungsmechanismus ist je nach verwendetem Multistrahl-Generator-Typ 350, 360 verschieden.

In dem Multistrahl-Generator 350, der das Multilinsen-Array bestehend aus einer Multiaperturplatte 351 und einer Gegenelektrode 352 umfasst, werden die beim Durchsetzen der Multiaperturplatte 351 gebildeten Einzel-Teilchenstrahlen 3 fokussiert und ein Stück weit auseinandergezogen. Dazu wird eine Spannungsdifferenz zwischen der Multiaperturplatte 351 und einer Gegenelektrode 352 angelegt. Dabei werden die Einzel-Teilchenstrahlen auf die Foki 323 in einer Ebene E1 fokussiert, die in Strahlausbreitungsrichtung gesehen hinter (auf der von der Teilchenstrahlquelle 301 abgewandten Seite) der Multiaperturplatte 350 liegt, und es entsteht ein reelles Zwischenbild der Foki 323 in der Ebene E1. Die Foki 323 bilden dabei mehrfache Bilder der realen Teilchenstrahlquelle 301. Diese Bilder können im Folgenden als virtuelle Teilchenstrahlquellen 323 aufgefasst werden. Es ist die Funktionalität des Auseinanderziehens der Einzel-Teilchenstrahlen 3, die es dem Multistrahl-Generator 350 erlaubt, den Strahlabstand der Einzel-Teilchenstrahlen in der Ebene E1 , oder anders gesagt, den Abstand zwischen den Foki 323, zu ändern.

Die erste Ebene E1 mit den Foki 323 wird im Folgenden teilchenoptisch in die zweite Ebene E2 abgebildet, die hier durch die Oberfläche der Probe 7 gebildet wird. Im Strahlengang zwischen den Ebenen E1 und E2 befindet sich zusätzlich zu einem Feldlinsensystem 307, das drei unabhängig voneinander einstellbare Linsen aufweist, der Strahlweiche 400 und der Objektivlinse 102 eine zusätzliche Feldlinse 370.

Das in Fig. 2b dargestellte System weist in dem Multistrahl-Generator 360 ein Multideflektor- Array auf, um eine Vielzahl von divergenten Einzel-Teilchenstrahlen 3 zu erzeugen. Verfolgt man die Einzel-Teilchenstrahlen 3 in Richtung der Teilchenstrahlquelle 301 zurück, so scheinen diese ihren Ursprung in den Foki 323 in einer Bildebene E1 zu haben, die von der Multiaperturplatte 360 aus betrachtet auf der Seite der Teilchenstrahlquelle 301 liegt. Daher spricht man in diesem Fall von virtuellen Foki 323 und einer virtuellen Zwischenbildebene E1. Ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel in Fig. 2a können die Foki 323 als virtuelle Teilchenquellen und Bilder der realen Teilchenstrahlquelle 301 angesehen werden. Auch bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2b werden die virtuellen Teilchenquellen 323 durch eine teilchenoptische Abbildung auf die Ebene E2 abgebildet, in der die Oberfläche des Objektes 7 positioniert sein sollte. Auch hier ist im Strahlengang der Einzel-Teilchenstrahlen 3 zusätzlich zu einem Feldlinsensystem 307 eine zusätzliche Feldlinse 370 vorgesehen. Bei der Ausführungsform in Fig. 2b kann durch Einstellen der Deflektionsstärke der Einzeldeflektoren im Multideflektor-Array der Strahlabstand der Einzel-Teilchenstrahlen in der Ebene E1 , oder anders gesagt, der Abstand zwischen den Foki 323, geändert werden.

Der Multistrahl-Generator kann auch eine Kombination eines Multilinsen-Arrays und eines Multideflektor-Arrays aufweisen (nicht dargestellt). Auch ist es möglich, dass mittels eines Multideflektor-Arrays reale Foki 323 gebildet werden, z.B. indem der primäre Einzel- Teilchenstrahl konvergent auf den Multistrahl-Generator 360 trifft. Wichtig ist aber, dass der Multistrahl-Generator 350, 360 es erlaubt, die Abstände der Foki 323 der Einzel- Teilchenstrahlen 3 zu ändern.

In den beiden Fällen, die in den Fig. 2a und 2b gezeigt sind, ist die numerische Apertur in der Objektebene E2 einstellbar. Dabei wird im Wesentlichen mithilfe des Multistrahl-Generators 350, 360 der Abstand der Foki 323 zueinander in der Zwischenbildebene E1 eingestellt. Bei der in Fig. 2a dargestellten Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Abstände der Foki 323 durch eine geeignete Änderung der Linsenwirkung der aus der Multiaperturplatte 351 und der Gegenelektrode 352 gebildeten elektrostatischen Linse durch eine Änderung der Potenzialdifferenz zwischen Multiaperturplatte 351 und der Gegenelektrode 352. Bei der in Fig. 2b dargestellten Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Abstände der Foki 323 durch eine geeignete Änderung der Ablenkungen durch das Multideflektor-Array 362. Gleichzeitig wird mindestens eine teilchenoptische Komponente im System so eingestellt, dass sich der Strahlabstand in der Objektebene E2, also der Pitch2, nicht ändert.

Die zusätzliche Feldlinse 370 dient im gezeigten Beispiel im Wesentlichen zur Einstellung oder Beibehaltung des Fokus in der Objektebene E2. Mit einer Änderung der Abstände der Foki 323 geht grundsätzlich auch eine Verlagerung der reellen oder virtuellen Zwischenbildebene E1 einher. Allerdings ist diese Verlagerung der reellen oder virtuellen Zwischenbildebene E1 entlang der optischen Achse gering im Vergleich zu der erzielten Änderung der Abstände der Foki 323. Durch die zusätzliche Feldlinse 370 wird der erforderliche Freiheitsgrad gewonnen, die Abbildung der Zwischenbildebene E1 in die Objektebene E2 bei gleichzeitiger Beibehaltung der Orientierung der Foki in der Objektebene (Rotation), des Abstands der Foki in der Objektebene (Pitch2) und der Telezentriebedingungen der in die Objektebene E2 einfallenden Einzel-Teilchenstrahlen 3, 3a sicher zu stellen. Die Position der zusätzlichen Feldlinse 370 im Strahlengang ist dabei nicht fest vorgegeben.

Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, dass sich durch eine Änderung der Linsenwirkung der aus der Multiaperturplatte 351 und der Gegenelektrode 352 bestehenden Linse das Produkt aus numerischer Apertur und Pitch in der Zwischenbildebene E1 verändern lässt. Das ist deshalb möglich, weil für die Wirkung dieses Systems aus Multiaperturplatte 351 und der Gegenelektrode 352 nicht die sonst üblichen paraxialen Näherungen anwendbar sind.

Fig. 3 illustriert den Strahlengang der Teilchenstrahlen bei zwei unterschiedlich eingestellten numerischen Aperturen des Systems aus Fig. 2a. Diese zwei unterschiedlichen numerischen Aperturen liegen im gezeigten Beispiel zu Beginn eines Einstellungsvorganges und am Ende eines Einstellungsvorganges für die numerische Apertur vor. Alternativ ist es möglich, mit den in Fig. 3a und 3b gezeigten Beispielen optimal eingestellte numerischen Aperturen an zwei verschiedenen Arbeitspunkten des Systems aufzufinden.

Der Multistrahl-Generator 350 weist ein Multilinsen-Array bestehend aus einer Multiaperturplatte 351 und einer Gegenelektrode 352 auf. In Fig. 3a ist der Strahlengang der Einzel-Teilchenstrahlen 3 zu Beginn des Einstellungsvorganges dargestellt, das in Fig. 3b gezeigte Beispiel zeigt das dargestellte System am Ende des Einstellungsvorganges. Der Strahlengang am Ende des Einstellungsvorganges ist für die Einzel-Teilchenstrahlen 3a dargestellt, die strichpunktiert gezeichnet sind. Am Ende des Einstellungsvorganges sollte die numerische Apertur so eingestellt sein, dass eine bestmögliche Auflösung bei der teilchenoptischen Abbildung erhalten wird. Für eine optimale Einstellung ist dabei der Fokusdurchmesser der Einzel-Teilchenstrahlen 3a auf dem Objekt minimiert. Zum Bestimmen der Auflösung sind dem Fachmann verschiedene Vorgehensweise geläufig. Zum Beispiel kann mithilfe einer Testprobe gearbeitet werden, die eine definierte scharfe Kante aufweist. In einem teilchenoptischen Bild erscheint diese Kante nicht mehr ganz so scharf, sondern ist aufgrund des endlichen Fokusdurchmessers der Einzel-Teilchenstrahlen verschmiert, woraus Rückschlüsse auf den Fokusdurchmesser der Einzel-Teilchenstrahlen gezogen werden können. Die mit dem Vielzahl-Teilchenstrahlensystem erreichbare Auflösung ist im Wesentlichen durch den Fokusdurchmesser der Einzel-Teilchenstrahlen definiert.

In Fig. 3b erkennt man Folgendes: Die in der Ebene E1 erzeugten Bilder 323a der Teilchenstrahlquelle 301 liegen nun weiter auseinander als in Fig. 3a. Die virtuellen Teilchenquellen 323a sind hier durch Sterne kenntlich gemacht und ihre verschobene Position zu den Strahlfoki 323 zu Beginn des Einstellungsvorganges des Systems ist dargestellt. Das System aus der zusätzlichen Feldlinse 370 mit dem dreilinsigen Feldlinsensystem 307 (das System ist hier also insgesamt vierlinsig) ist so eingestellt, dass die Einzel- Teilchenstrahlenbündel 3a unter Beibehaltung der Telezentriebedingungen in der Ebene E2 oder Objektebene auftreffen (in der Figur 3b ist ein telezentrischer Einfall der Einzel- Teilchenstrahlenbündel 3a dargestellt), aber unter einer größeren numerischen Apertur (erkennbar an dem aufgeweiteten Strahlkegel der Einzel-Teilchenstrahlen 3a zwischen der Objektivlinse 102 und der Ebene E2). Diese Ausweitung des Strahlkegels entspricht der Veränderung der numerischen Apertur, die in der Figur durch den Doppelpfeil und die Bezeichnung NAV angedeutet ist. Dennoch bleibt der Strahlabstand der Einzel- Teilchenstrahlen 3, 3a in der Ebene E2 zueinander unverändert (Pitch2 bleibt konstant). Weiterhin können optional die Orientierung der Einzel-Teilchenstrahlen 3, 3a in der Ebene E2 um die optische Achse herum und die Fokussierung der Einzel-Teilchenstrahlen 3, 3a in der Ebene E2 unverändert beibehalten werden. Außerdem können auch alle anderen nicht explizit genannten teilchenoptischen Parameter p, die die teilchenoptische Abbildung insbesondere vollständig charakterisieren, konstant gehalten werden. Verändert werden dann also nur der Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene E1 sowie die numerische Apertur der Mehrstrahl- Teilchenoptik bezogen auf die zweite Ebene E2 und ggf. davon abhängige Größen.

Bei dem System in Fig. 3 wurden außer den Wirkungs-Einstellungen an den teilchenoptischen Komponenten keine weiteren Veränderungen vorgenommen. Die Änderung der numerischen Apertur kann also allein über die Einstellung der Wirkungen beziehungsweise Erregungen erfolgen. Es sind keine baulichen Veränderungen notwendig, es muss insbesondere kein Multistrahl-Generator oder eine seiner Komponenten baulich verändert, bewegt oder gar ausgetauscht werden.

Fig. 4 illustriert den Strahlengang der Teilchenstrahlen an zwei verschiedenen Arbeitspunkten des Systems aus Fig. 2b mit jeweils final eingestellter numerischer Apertur. Hierbei kommt als Multistrahl-Generator 360 ein Multideflektor-Array 362 in Kombination mit einer Multiaperturplatte 361 zum Einsatz. Der Strahlengang am ersten Arbeitspunkt ist als durchgezogene Linie (Einzel-Teilchenstrahlen 3), der Strahlengang am zweiten Arbeitspunkt wiederum strichpunktiert dargestellt (Einzel-Teilchenstrahlen 3a).

Auch bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung ist es so, dass der Abstand der Einzel- Teilchenstrahlen in der virtuellen Zwischenbildebene E1 durch eine Veränderung der mit dem Multideflektor-Array 362 erzielten Ablenkungen variiert wird (Pitch 1 variiert). Die Foki 323a am zweiten Arbeitspunkt sind durch die Sterne angedeutet. Die Foki 323a werden teilchenoptisch auf die Oberfläche der Probe 7 beziehungsweise in die Ebene E2 abgebildet. Das System aus der zusätzlichen Feldlinse 370 mit dem zweilinsigen Feldlinsensystem 307 (das System ist hier also insgesamt dreilinsig) ist so eingestellt, dass die Einzel-Teilchenstrahlenbündel 3a unter Beibehaltung der Telezentriebedingungen auf die Ebene E2 oder Objektoberfläche auftreffen (in der Figur 4b ist wieder ein telezentrischer Einfall der Einzel- Teilchenstrahlenbündel 3a dargestellt), aber unter einer größeren numerischen Apertur. Dabei bleibt der Strahlabstand zwischen den Einzel-Teilchenstrahlen 3, 3a unverändert (Pitch2 konstant). Auch hier ist es so, dass der Teilchenstrahlkegel, der auf die Probe 7 trifft, im Vergleich zum ersten Arbeitspunkt aufgeweitet ist. Auch hier wird also die numerische Apertur verändert, wie dies durch den Doppelpfeil beziehungsweise die Bezeichnung NAV in der Zeichnung angedeutet ist. Weiterhin können optional wieder die Orientierung der Einzel- Teilchenstrahlen 3, 3a in der Ebene E2 um die optische Achse herum und die Fokussierung der Einzel-Teilchenstrahlen 3, 3a in der Ebene E2 unverändert beibehalten werden.

Bei dem System in Fig. 4 wird die Arbeitspunkteinstellung verändert. Ein Arbeitspunkt kann dabei zum Beispiel durch die Strahlstromstärke, die Landeenergie, die Position des Objektes (durch eine Veränderung der Stage-Position) und/ oder die verwendete Einzelstrahl-Quelle (die Tip) definiert sein. Auch andere Definitionen sind prinzipiell denkbar und werden sich dem Fachmann erschließen. Abgesehen von Einstellungen des Arbeitspunktes werden dann aber zum Einstellen der numerischen Apertur außer den Wirkungs-Einstellungen an den teilchenoptischen Komponenten keine weiteren Veränderungen vorgenommen. Die Änderung der numerischen Apertur kann also auch an einem anderen Arbeitspunkt allein über die Einstellung der Wirkungen beziehungsweise Erregungen erfolgen. Es sind keine baulichen Veränderungen notwendig, es muss insbesondere kein Multistrahl-Generator oder eine seiner Komponenten baulich verändert, bewegt oder gar ausgetauscht werden.

Die Figuren 5 und 6 zeigen noch einmal die Vielzahl-Teilchenstrahlsysteme aus den Figuren 3 bzw. 4, und zwar jeweils in Kombination mit einem Teilchen-Multi-Detektor 209. Die aus der Probe 7 austretenden Sekundärelektronen werden durch die Strahlweiche 400 ortsaufgelöst in Richtung des Teilchen-Multi-Detektors 209 abgelenkt. Dabei treffen die sekundären Teilchenstrahlen 9 nach dem Hindurchtreten durch das Projektionslinsensystem 205 sowie nach Hindurchtreten durch eine Aperturblende 210 auf den Teilchen-Multi-Detektor 209. Zu beachten ist, dass es sich hier um eine sehr schematische Darstellung handelt. Hinsichtlich Details wird auf die eingangs zitierten Druckschriften verwiesen.

In dem gestrichelten Kreis ist sowohl in Fig. 5 als auch Fig. 6 zusätzlich ein Ausschnitt aus dem Strahlengang bei dem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem in vergrößerter Darstellung gezeigt, der noch einmal die Variation der numerischen Apertur durch die Verbreiterung des Teilchenstrahlkegels verdeutlicht. Die numerische Apertur wird also verändert, was durch den Doppelpfeil mit der Bezeichnung NAV angedeutet ist. Die Auftreffpunkte der Strahlen 3 beziehungsweise 3a auf die Probe 7 bleiben dabei aber unverändert. Pitch2 wird nicht variiert.

Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und es wird insbesondere erklärt, auf welche Weise die Helmholtz-Langrange-Invariante HLI gemäß der Erfindung verändert werden kann.

Ziel ist es, die numerische Apertur (NA) der Einzelstrahlen zu verändern, ohne den Strahlabstand der Einzel-Teilchenstrahlen in der Objektebene dadurch zu ändern. Die wahlweise Erhöhung der numerischen Apertur hat dabei den wünschenswerten Effekt, dass eine kleinere Spotgröße der Beleuchtungsspots der Einzelstrahlen auf der Probe erreicht wird, und somit die Auflösung bei der Abbildung verbessert wird, sofern die Aberrationen in der Abbildungsoptik nicht zu groß werden. Eine Veränderung der numerischen Apertur, insbesondere eine Erhöhung, ist daher insbesondere für Partikelstrahlsysteme mit besserer Korrektion beispielsweise mit verringerter Strahldispersion oder verringerten Öffnungsfehlers vorteilhaft.

Anders als bei Einzelstrahlsystemen kann bei Vielstrahlsystemen mit einer Vielzahl von Einzelstrahlen in einer Rasteranordnung die numerische Apertur oder der Pitch der Einzelstrahlen nicht einfach verändert werden. Der Strahlabstand oder Pitch der Rasteranordnung der Vielzahl von Einzelstrahlen wird über eine Multiaperturplatte fest vorgegeben. Die Multiaperturplatte erzeugt in einer Zwischenbildebene eine Vielzahl von Strahlfokuspunkten, beispielsweise in einer Richtung N Fokuspunkte mit Abstand Pitch P1 und numerischer Apertur eines Einzelstrahls von NA1 . Hat das der Multiaperturplatte nachgeordnete Abbildungssystem einen Abbildungsmaßstab M1 , so ist die numerische Apertur in der Bildebene NA2 = NA1/M1 x Jui/U2, und der Pitch P2 auf der Probe ist P2 = M1 ^* P1 . Pitch und NA sind also miteinander gekoppelt und können nicht unabhängig voneinander verändert werden. Das Problem der NA-Änderung tritt daher bei Multi-Strahl- Mikroskopen auf, die eine Vielzahl von Einzelstrahlen durch eine gemeinsame Optik abbilden. Eine NA-Änderung führt zwangsläufig immer zu einer Änderung des Strahlabstandes, was ungewünscht ist. Eine Änderung der numerischen Apertur ohne gleichzeitige Änderung des Pitches ist daher in gewöhnlichen Multistrahlmikroskopen nicht möglich.

Es ist vorteilhaft, möglichst viele Strahlen auf eine vorgegebene Fläche zu verteilen. Der Detektionspfad muss die dazugehörenden Sekundär-Strahlen jedoch trennen, insbesondere unter Berücksichtigung der Energiespektren der Sekundärelektronen (SE). Hierbei ergibt sich ein minimaler Pitch. Dieser minimale Pitch ist abhängig von der Performance (Aberrationen) der Abbildungsoptik, der Probe (Energiespektrum der SE) und den abzubildenden Kontrasten (Filterung der Energiespektren der SE). Es gibt kritische Proben, bei denen ein größerer Pitch benötigt wird und gutmütige Proben, bei denen mit einem kleineren Pitch gearbeitet werden kann. Auf Probe anpassbare Flexibilität ist auch hier von Vorteil und es ist mit den Ausführungsbeispielen der Erfindung möglich, den Pitch der Rasteranordnung und die numerische Apertur der Einzelstrahlen unabhängig voneinander einzustellen. Im Folgenden wird ein Spezialfall betrachtet, bei dem der Pitch konstant gehalten wird. In einer äquivalenten Ausführungsform wird die numerische Apertur konstant gehalten und der Pitch verändert. In einer weiteren äquivalenten Ausführungsform werden die numerische Apertur und Pitch unabhängig voneinander verändert, beispielsweise beide vergrößert oder verkleinert.

Es folgt eine Beschreibung mit U1 = U2, weshalb der Faktor JUI/U2 im Folgenden wegfällt. Eine Erweiterung mit U1 ungleich U2 liegt in Griffweite des Fachmanns, ohne erfinderisch tätig werden zu müssen.

Ab der Multiaperturplatte folgt ein Abbildungssystem, welches die Vielzahl der Strahlfokuspunkte in eine Bildebene abbildet, in der das Objekt angeordnet ist. Das Abbildungssystem besteht aus hintereinander angeordneten elektronenoptischen Abbildungskomponenten und bildet ein konservatives System mit der Helmholtz-Lagrange Invariante HLI = NA1 x N x P1 x Vt/Ϊ als Erhaltungsgröße. Kennzeichen eines sogenannten konservativen Abbildungssystems ist, dass die HLI gleichbleibt, d.h. eine Veränderung der numerischen Apertur auf der Probe durch Änderung des Abbildungsmaßstabes ändert bei gleicher Spannung immer auch den Pitch der Vielzahl der Einzelstrahlen.

Eine Änderung der NA ohne Änderung des Pitches und ohne Änderung der Spannungsverhältnisse U1/U2 erfordert daher eine Änderung der FILM in eine HLI2.

Eine Lösung zur Änderung der FILM ist, eine Multiaperturplatte mit anderem Pitch zur Verfügung stellen, beispielsweise durch Tausch. Aufgabe der Erfindung ist, beispielsweise eine NA-Änderung ohne Pitchänderung und ohne Tausch der Multiaperturplatte zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine erfindungsgemäße Kombination einer neuartigen Multiaperturplatte bzw. einer neuartigen Multiaperturplattenanordnung (eines neuartigen Multistrahl-Generators) mit einer erfindungsgemäß konfigurierten nachgeordneten Elektronenstrahloptik.

Gemäß einer Ausführungsform ermöglich eine Multiaperturplatte mit einem Array von Deflektoren, den Strahlabstand ohne NA-Änderung zu verändern. Die Deflektoren stellen einen Pitch P3 ein, ohne die NA1 zu ändern. Es ergibt sich eine HLI3 = P3 x N x NA1. Durch die nachgeordnete erfindungsgemäß konfigurierte Elektronenstrahloptik wird durch eine Änderung des Abbildungsmaßstabes von M1 auf M2 = P2 / P3 der konstant gewünschte Pitch P2 auf der Probe eingestellt, und dabei gleichzeitig eine veränderte NA3 = NA1 / M2 eingestellt, wobei NA3 = HLI3 / (N x P3). Gemäß einer Ausführungsform ermöglicht die Multiaperturplatte eine NA-Änderung ohne Pitchänderung durch eine Strahlformung mit variabler NA.

In einer Ausgestaltung ermöglicht die Multiaperturplatte eine NA-Änderung ohne Pitchänderung durch eine elektronenoptische Linse, die der Multiaperturplatte nachgeordnet ist. Die der Multiaperturplatte nachgeordnete Linse bewirkt gleichzeitig eine Änderung, beispielsweise Erhöhung, der numerischen Apertur in NA6 und eine gleichgerichtete Änderung, beispielsweise Erhöhung, des Pitches in P6, so dass sich eine HLI6 = P6 x N x NA6 ergibt, wobei HLI6 ungleich HLI1 ist. Mit dem nachfolgenden elektronenoptischen Abbildungssystem wird ein Abbildungsmaßstab M6 eingestellt, so dass sich in der Bildebene ein Pitch von P2 = P6 x M6 ergibt, wobei man die entsprechend veränderte Apertur NA7 = NA6/M6 erhält.

Fig. 7 illustriert schematisch den Strahlengang von Einzel-Teilchenstrahlen 3 beim Durchsetzen eines Multi-Linsen-Arrays mit einer Multiaperturplatte 351 und mit einer elektronischen Linse 352 als Gegenelektrode und Fig. 8 illustriert schematisch die Veränderung des Pitches in der Zwischenbildebene E1 bei einer veränderten Einstellung des Multi-Linsen-Arrays aus Fig. 7. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird über eine veränderte Ansteuerung der kombinierten Linse der Pitch von P1 zu P6 verändert bzw. hier vergrößert. Der Pitch und die numerische Apertur verändern sich in die gleiche Richtung, bei einer Vergrößerung des Pitches wird also auch die numerische Apertur größer. Gemäß dem gezeigten Beispiel kann die Multiaperturplatte 351 beispielsweise auf Erdpotential liegen und an der elektronischen Linse 352 kann eine Hochvoltspannung von einigen kV, zum Beispiel eine Spannung zwischen 10kV und 20kV, z.B. etwa 13kV, 14kV, 15 kV, 16kV oder 17kV anliegen. Erhöht man diese Hochvoltspannung, so vergrößert sich sowohl die Brechkraft der Mikrolinsen 351 , als auch die Brechkraft der Makrolinse 352, somit verkürzt sich die Brennweite der Mikrolinsen 351 (NA-Erhöhung), und der Pitch P1 vergrößert sich durch die Makrolinse 352 zum Pitch P6. Die negativ-Makrolinse 352 vergrößert die Brennweite wieder leicht, und die Zwischenbildebene E1 verschiebt sich leicht, aber dominant ist die Pitch- Änderung von P1 zu P6. Dadurch wir die Helmholtz-Lagrange-Invariante größer.

In einer Ausgestaltung ermöglicht die Multiaperturplatte 351 eine NA-Änderung ohne Pitchänderung durch eine zusätzliche unabhängige Brennweitenänderung mittels einer Vielzahl von Mikrolinsen 353 in der Mikrooptik. Fig. 9 illustriert schematisch den Strahlengang von Einzel-Teilchenstrahlen 3 beim Durchsetzen eines Multi-Linsen-Arrays mit zusätzlichem Mikrolinsen-Array 353. Hierfür ist in der Mikrooptik zusätzlich zur Multiaperturplatte 351 und zusätzlich zur elektronenoptischen Linse 352 ein Mikrolinsen-Array 353 vorgesehen. Nach einer Brennweitenänderung erreicht man eine NA5. Beispielsweise mit der Makrolinse 352 mit einer Spannung HV5 stellt man den Pitch in der Zwischenbildebene E1 auf P5 und man erreicht eine HLI5 = P5 x N x NA5; die Brennweitenänderung geht gleichzeitig mit einer Änderung der Fokuslage einher. Die zusätzlichen Mikrolinsen des Mikrolinsen-Arrays 353 verkürzen beispielsweise die Brennweite der Einzel-Teilchenstrahlen 3 bei gleicher Auslegung der kombinierten Linse aus Multiaperturplatte 351 und Gegenelektrode 352, dies führt damit zu einer unabhängigen Pitch- und NA-Änderung. Über geeignete afokale Nachfokussierung mittels variabler elektronenoptischer Linsen einer nachgeordneten erfindungsgemäß konfigurierten Elektronenstrahloptik wird der konstant gewünschte Pitch P2 = M1 x P1 eingestellt, wobei man die entsprechend veränderte Apertur NA4 = NA5/M1 erhält.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsvariante ist es zusätzlich oder alternativ auch möglich, eine Variation des Abstandes der Einzel-Teilchenstrahlen 3 in der ersten Ebene E1 im Wesentlichen durch das Einstellen einer Wirkung am Mikrolinsen-Array 353 vorzunehmen. So können an dem Mikrolinsen-Array 353 beispielsweise Spannungen von einigen hundert Volt anliegen, z.B. etwa 100V, 200V oder 300V. Eine Variation dieser Spannungen verändert die Linsenwirkungen und verändert auch den eingestellten Pitch in der Zwischenbildebene E1. Obwohl in der Mikrooptik normalerweise keine hohen Spannungen verwendet werden, ist es möglich, benötigte Brennweitenänderungen und benötigte Veränderungen des Pitches in der Zwischenbildebene E1 zu erzielen, denn es gibt elektronenoptische Linsen, die trotz verhältnismäßig geringer anliegender Spannungen verhältnismäßig große Brechkraft besitzen. Eine Realisierungsmöglichkeit stellen beispielsweise Quadrupol-Linsen-Sequenzen dar, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 10 2020 107 738.6 offenbart werden; die Offenbarung der deutschen Patentanmeldung 10 2020 107 738.6 wird vollumfänglich durch in Bezugnahme in diese Patentanmeldung mit aufgenommen. Auch andere Realisierungsformen sind möglich.

In äquivalenter Weise kann mit den vorgestellten Mitteln beispielsweise auch eine Änderung des Pitches P bei gleichbleibender numerischer Apertur erreicht werden. Kennzeichnend für die Erfindung ist eine zweite Änderung von einer ersten numerischen Apertur NA1 in eine zweite numerische Apertur NA2 bei gleichzeitiger erster Änderung eines ersten Pitches P1 in einen zweiten Pitch P2, wobei sich das erste Verhältnis der ersten Änderung des Pitches P2 / P1 von dem umgekehrten, zweiten Verhältnis der zweiten Änderung der numerischen Aperturen NA1 / NA2 von dem Abbildungsmaßstab M des einer Multiaperturplatte nachgeordneten Projektionssystems um mehr als das Verhältnis der Wurzeln aus der zweiten Spannung in Bildebene und der ersten Spannungen in einer der Multiaperturplatte nachgeordneten Feldebene ändert: Hingegen bei einfacher Änderung des Abbildungsmaßstabes M erfolgt die zweite Änderung genau mit dem Verhältnis der Wurzeln aus der zweiten Spannung in Bildebene und der ersten Spannungen in einer der Multiaperturplatte nachgeordneten Feldebene, denn es gilt für das Projektionssystem mit Abbildungsmaßstab M:

P2 = M x P1 und

NA2 x VZ/2 = NA1 x fUl / M

und es folgt somit für das erste Verhältnis P2 / P1 = M

und für das zweite Verhältnis NA1 / NA2 = M x ^U2/Ul.

Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm zur Optimierung der Auflösung bei einer teilchenoptischen Abbildung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wird automatisch die numerische Apertur mit verändert. Es sei nun zunächst vorausgesetzt, dass das Gesamtsystem für einen ersten Arbeitspunkt bereits eingestellt ist. Hier sind also für den ersten Arbeitspunkt, der zum Beispiel durch die Strahlstromstärke und / oder die Landeenergie der Teilchen auf der Probe charakterisiert sein kann, sämtliche Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten bereits bekannt.

In einem ersten Schritt S1 wird nun der Arbeitspunkt geändert, das heißt ein zweiter oder weiterer Arbeitspunkt wird definiert und entsprechend eingestellt. Im Schritt S2 wird dann die Auflösung gemessen, die mit den bereits voreingestellten Wirkungen der teilchenoptischen Komponenten erzielt wird. In einem weiteren Schritt S3 wird nun der Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel-Teilchenstrahlen in der ersten Ebene E1 , also im Zwischenbild, variiert (Variation Pitchl ). Bei dem Zwischenbild kann es sich entweder um ein virtuelles oder um ein reelles Zwischenbild handeln. Die Variation des Strahlabstandes erfolgt dabei durch entsprechende Einstellungen am Multistrahl-Generator 350, 360.

In einem weiteren Verfahrensschritt S4 erfolgt nun das Einstellen der übrigen interessierenden teilchenoptischen Komponenten an dem zweiten Arbeitspunkt, so dass diese übrigen teilchenoptischen Parameter konstant bleiben bzw. dieselben Werte aufweisen wie bei der Einstellung des Gesamtsystems am ersten Arbeitspunkt. Das dafür notwendige Einstellen (Re- Justieren) der übrigen teilchenoptischen Komponenten zum Konstanthalten aller übrigen teilchenoptischen Parameter erfolgt vorteilhaft durch einen iterativen Prozess. Beispielhaft sind in der großen Box von Fig. 10 mehrere Schritte dieses iterativen Prozesses gezeigt. Bei diesem Einstellen ist eine Zielvorgabe, dass der Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel- Teilchenstrahlen in der zweiten Ebene E2, also auf der Probe, verglichen mit dem Strahlabstand am ersten Arbeitspunkt gleichbleibt (Pitch2 konstant). Weitere Zielvorgaben können sein, dass die Fokussierung der Einzel-Teilchenstrahlen in der Ebene E2, und/oder die Telezentriebedingungen der Einzel-Teilchenstrahlen bei Einfall der Einzelteilchenstrahlen in das Objektiv 102, und/oder die Orientierung der Einzel-Teilchenstrahlen um die optische Achse herum (Rotation) konstant bleiben, das Re-Justieren erfolgt in Schritt S5 des Flussdiagramms. Im Schritt S6 wird, sofern erforderlich, die Telezentrie eingestellt, in Schritt S7 wird, sofern erforderlich, die Rotation eingestellt, und in Schritt S8 wird der Fokus, sofern erforderlich, eingestellt.

Durch die Variation des Strahlabstandes zwischen den Einzel-Teilchenstrahlen 3, 3a an der Zwischenbildebene E1 (Variation Pitch 1) und durch das gleichzeitige Konstanthalten der anderen teilchenoptischen Parameter (insbesondere des Strahlabstandes der Einzel- Teilchenstrahlen auf dem Objekt (Pitch2), der numerischen Apertur am Zwischenbild (keine bauliche Veränderung des Multistrahl-Generators) sowie der elektrischen Potenziale U1 und U2), wird hierbei die numerische Apertur NA2 in der Ebene E2 und somit am Objekt verändert und kann optimiert werden.

Nach jedem Iterationsdurchgang wie oben beschrieben wird durch eine Messung überprüft, ob die Auflösung nun optimal ist (Schritt S9). Ist dies der Fall, werden die gefundenen Wirkungen für den zweiten Arbeitspunkt in einer Nachschlagetabelle gespeichert. Ist die Auflösung noch nicht optimal, so wird der Strahlabstand zwischen benachbarten Einzel- Teilchenstrahlen in der ersten Ebene E1 in Schritt S3 erneut variiert. Im Folgenden werden dann andere Einstellungen für die teilchenoptischen Komponenten vorgenommen und die dann erzielte Auflösung wird gemessen. Dies wird solange wiederholt, bis eine Einstellung gefunden wird, in der die Auflösung optimal und somit maximal ist oder zumindest vordefinierten Soll-Anforderungen entspricht.

Es ist möglich, einen oder mehrere Verfahrensschritte aus Fig. 10 wegzulassen oder Verfahrensschritte in einer anderen Reihenfolge auszuführen. Insofern ist das in Fig. 10 gezeigte Beispiel nicht einschränkend zu verstehen.