DE102023133567A1 - Method for producing a micro-optics for a multi-particle beam system, micro-optics and multi-particle beam system - Google Patents
Method for producing a micro-optics for a multi-particle beam system, micro-optics and multi-particle beam system Download PDFInfo
- Publication number
- DE102023133567A1 DE102023133567A1 DE102023133567.7A DE102023133567A DE102023133567A1 DE 102023133567 A1 DE102023133567 A1 DE 102023133567A1 DE 102023133567 A DE102023133567 A DE 102023133567A DE 102023133567 A1 DE102023133567 A1 DE 102023133567A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- plate
- micro
- optics
- apertures
- drilling
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/10—Lenses
- H01J2237/12—Lenses electrostatic
- H01J2237/1205—Microlenses
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Abstract
Offenbart wird ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrooptik für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Bereitstellen einer ersten Platte der Mikrooptik, die elektrisch leitfähig ist; (b) Bereitstellen einer zweiten Platte der Mikrooptik, die elektrisch leitfähig ist; (c) Erzeugen eines Plattenstapels umfassend Stapeln der ersten Platte der Mikrooptik und der zweiten Platte der Mikrooptik übereinander, wobei die erste Platte der Mikrooptik und die zweite Platte der Mikrooptik in dem Plattenstapel relativ zueinander fixiert werden und voneinander elektrisch isoliert werden; und (d) Durchbohren des gesamten erzeugten Plattenstapels mit mindestens der ersten Platte und der zweiten Platte der Mikrooptik und dadurch Erzeugen sowohl einer ersten Vielzahl von Aperturen in der ersten Platte der Mikrooptik als auch einer zweiten Vielzahl von Aperturen in der zweiten Platte der Mikrooptik. A method for producing a micro-optic system for a multi-particle beam system is disclosed, comprising the following steps: (a) providing a first plate of the micro-optic system that is electrically conductive; (b) providing a second plate of the micro-optic system that is electrically conductive; (c) producing a plate stack comprising stacking the first plate of the micro-optic system and the second plate of the micro-optic system on top of one another, wherein the first plate of the micro-optic system and the second plate of the micro-optic system are fixed relative to one another in the plate stack and are electrically insulated from one another; and (d) drilling through the entire produced plate stack with at least the first plate and the second plate of the micro-optic system, thereby producing both a first plurality of apertures in the first plate of the micro-optic system and a second plurality of apertures in the second plate of the micro-optic system.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Vielzahl-Teilchenstrahlsysteme und insbesondere auf Vielstrahl-Teilchenmikroskope, die mit einer Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen arbeiten. Konkret bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrooptik für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, auf eine Mikrooptik und auf ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem.The invention relates generally to multi-beam particle systems and, more particularly, to multi-beam particle microscopes operating with a plurality of charged single-particle beams. Specifically, the invention relates to a method for manufacturing micro-optics for a multi-beam particle system, to micro-optics, and to a multi-beam particle system.
Stand der TechnikState of the art
Mit der kontinuierlichen Entwicklung immer kleinerer und komplexerer Mikrostrukturen wie Halbleiterbauelementen besteht ein Bedarf an der Weiterentwicklung und Optimierung von planaren Herstellungstechniken und von Inspektionssystemen zur Herstellung und Inspektion kleiner Abmessungen der Mikrostrukturen. Die Entwicklung und Herstellung der Halbleiterbauelemente erfordert beispielsweise eine Überprüfung des Designs von Testwafern, und die planaren Herstellungstechniken benötigen eine Prozessoptimierung für eine zuverlässige Herstellung mit hohem Durchsatz. Darüber hinaus wird neuerdings eine Analyse von Halbleiterwafern für das Reverse Engineering und eine kundenspezifische, individuelle Konfiguration von Halbleiterbauelementen gefordert. Es besteht deshalb ein Bedarf an Inspektionsmitteln, die mit hohem Durchsatz zur Untersuchung der Mikrostrukturen auf Wafern mit hoher Genauigkeit eingesetzt werden können.With the continuous development of ever smaller and more complex microstructures such as semiconductor devices, there is a need for the further development and optimization of planar manufacturing techniques and inspection systems for the production and inspection of small dimensions of microstructures. For example, the development and manufacture of semiconductor devices requires verification of the design of test wafers, and planar manufacturing techniques require process optimization for reliable, high-throughput manufacturing. Furthermore, there is a recent demand for the analysis of semiconductor wafers for reverse engineering and customized, individual configuration of semiconductor devices. Therefore, there is a need for inspection tools that can be used at high throughput to examine microstructures on wafers with high accuracy.
Typische Siliziumwafer, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden, haben Durchmesser von bis zu 300 mm. Jeder Wafer ist in 30 bis 60 sich wiederholende Bereiche („Dies“) mit einer Größe von bis zu 800 mm2 unterteilt. Eine Halbleitervorrichtung umfasst mehrere Halbleiterstrukturen, die durch planare Integrationstechniken in Schichten auf einer Oberfläche des Wafers hergestellt sind. Aufgrund der Herstellungsprozesse weisen Halbleiterwafer typischerweise eine ebene Oberfläche auf. Die Strukturgröße der integrierten Halbleiterstrukturen erstreckt sich dabei von wenigen µm bis zu den kritischen Abmessungen (engl. „critical dimensions“, CD) von einigen Nanometern, wobei in naher Zukunft die Strukturgrößen sogar noch kleiner werden; es wird erwartet, dass die Strukturgrößen oder kritischen Abmessungen (CD) in Zukunft den 3nm, 2nm oder noch kleineren Technologieknoten des internationalen Technologiefahrplans für Halbleiter (engl. „International Technology Roadmap for Semiconductors“ - (ITRS)) entsprechen werden . Bei den oben genannten kleinen Strukturgrößen müssen Defekte in der Größe der kritischen Abmessungen in kurzer Zeit auf einer sehr großen Fläche identifiziert werden. Für mehrere Anwendungen ist die Spezifikationsanforderung für die Genauigkeit einer von einem Inspektionsgerät bereitgestellten Messung sogar noch höher, beispielsweise um den Faktor zwei oder eine Größenordnung. Beispielsweise muss eine Breite eines Halbleitermerkmals mit einer Genauigkeit unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, gemessen werden, und eine relative Position von Halbleiterstrukturen muss mit einer Überlagerungsgenauigkeit von unter 1 nm, beispielsweise 0,3 nm oder sogar weniger, bestimmt werden.Typical silicon wafers used in the manufacture of semiconductor devices have diameters of up to 300 mm. Each wafer is divided into 30 to 60 repeating regions (“dies”) with a size of up to 800 mm² . A semiconductor device comprises multiple semiconductor structures fabricated in layers on a wafer surface using planar integration techniques. Due to the manufacturing processes, semiconductor wafers typically have a flat surface. The feature size of the integrated semiconductor structures ranges from a few µm to critical dimensions (CD) of a few nanometers, with feature sizes becoming even smaller in the near future; it is expected that feature sizes or critical dimensions (CD) will correspond to the 3 nm, 2 nm, or even smaller technology nodes of the International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) in the future. For the small feature sizes mentioned above, defects of the size of the critical dimensions must be identified in a short time over a very large area. For several applications, the specification requirement for the accuracy of a measurement provided by an inspection device is even higher, for example, by a factor of two or an order of magnitude. For example, a width of a semiconductor feature must be measured with an accuracy below 1 nm, for example, 0.3 nm or even less, and a relative position of semiconductor structures must be determined with an overlay accuracy below 1 nm, for example, 0.3 nm or even less.
Eine neuere Entwicklung auf dem Gebiet der geladenen Teilchensysteme (engl. „charged particle microscopes“, CPM) ist das MSEM, ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop. Ein Mehrstrahl-Rasterelektronenmikroskop ist beispielsweise in
Das Mehrstrahl-Elektronenmikroskop des Standes der Technik umfasst eine Folge von elektrostatischen und magnetischen Elementen. Zumindest einige der elektrostatischen und magnetischen Elemente sind einstellbar, um die Fokusposition und die Stigmation der Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen anzupassen. Das Mehrstrahl-System mit geladenen Teilchen des Standes der Technik umfasst zudem mindestens eine Überkreuzungsebene der primären oder der sekundären geladenen Einzel-Teilchenstrahlen. Des Weiteren umfasst das System des Standes der Technik Detektionssysteme, um die Einstellung zu erleichtern. Das Mehrstrahl-Teilchenmikroskop des Standes der Technik umfasst mindestens einen Strahlablenker (engl. „deflection scanner“) zum kollektiven Abtasten eines Bereiches der Probenoberfläche mittels der Vielzahl von primären Einzel-Teilchenstrahlen, um ein Bildfeld der Probenoberfläche zu erhalten.The prior art multi-beam electron microscope comprises a sequence of electrostatic and magnetic elements. At least some of the electrostatic and magnetic elements are adjustable to adjust the focus position and stigma of the plurality of charged single-particle beams. The prior art multi-beam charged particle system further comprises at least one crossover plane of the primary or secondary charged single-particle beams. Furthermore, the prior art system comprises detection systems to facilitate adjustment. The prior art multi-beam particle microscope comprises at least one beam deflector (deflection scanner) for collectively scanning a region of the sample surface using the plurality of primary single-particle beams to obtain a field of view of the sample surface.
Zum Separieren des teilchenoptischen Strahlenganges der Primärstrahlen vom teilchenoptischen Strahlengang der Sekundärstrahlen wird eine sogenannte Strahlweiche (engl. „beam splitter“ oder „beam separator" oder „beam divider") verwendet. Dabei erfolgt eine Separation mittels spezieller Anordnungen von Magnetfeldern und / oder elektrostatischen Feldern, beispielsweise mittels eines Wien-Filters.To separate the particle-optical beam path of the primary beams from the particle-optical beam path of the secondary beams, a so-called beam splitter (also known as a "beam separator" or "beam divider") is used. Separation is achieved using special arrangements of magnetic fields and/or electrostatic fields, for example, using a Wien filter.
Bei Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen wird grundsätzlich unterschieden nach Systemen, die mit einer Einzelsäule arbeiten, und Systemen, die mit mehreren Säulen arbeiten. Bei Systemen mit einer Einzelsäule erfolgt der Durchgang der Einzel-Teilchenstrahlen zumindest teilweise durch dieselbe Teilchenoptik bzw. durch eine oder mehrere globale Teilchenlinsen. Zudem liegen bei einer Einzelsäule die Einzel-Teilchenstrahlen verhältnismäßig nah beieinander. Trotz der teilweise globalen teilchenoptischen Elemente besteht auch bei Einzelsäulen das Bedürfnis nach einer individuellen Beeinflussbarkeit und/ oder Formbarkeit der Einzel-Teilchenstrahlen, um Abbildungsfehler wie Bildfeldkrümmung, Feldastigmatismus und andere Aberrationen zu korrigieren. Für diese individuelle Beeinflussung und/ oder Formung der Einzel-Teilchenstrahlen kann eine sog. Mikrooptik eingesetzt werden. Die Mikrooptik wird oft auch als Vielstrahl-Teilchengenerator zur Erzeugung und Formung einer Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen bezeichnet. Der Vielstrahl-Teilchengenerator bzw. die Mikrooptik umfasst dabei eine Abfolge von mehreren Multiaperturplatten, die zur aktiven Strahlformung eingesetzt werden können bzw. von denen mindestens eine Multiaperturplatte zur aktiven Strahlformung eingesetzt werden kann. Dazu können beispielsweise im Bereich der Aperturen Elektroden vorgesehen sein, die kollektiv oder individuell ansteuerbar sind. Dabei kann es sich zum Beispiel um Ringelektroden oder um Multipolelektroden handeln. Gemäß einem anderen Beispiel kann eine Multiaperturplatte monolithisch ausgebildet sein, wobei an der Multiaperturplatte insgesamt eine Spannung anliegt, d.h. die monolithische Multiaperturplatte liegt dann auf einem bestimmten Potential, so dass ihre Öffnungen im Zusammenwirken mit anderen teilchenoptischen Elementen eine Linsenwirkung erzeugen können. Auch andere Ausgestaltungen einer Multiaperturplatte zur aktiven Strahlformung sind möglich.Multi-particle beam systems are generally divided into systems that operate with a single column and systems that operate with multiple columns. In systems with a single column, the individual particle beams pass at least partially through the same particle optics or through one or more global particle lenses. Furthermore, in a single column, the individual particle beams are relatively close to one another. Despite the partially global particle optical elements, even with single columns there is a need for the individual particle beams to be individually influenced and/or shaped in order to correct imaging errors such as field curvature, field astigmatism, and other aberrations. So-called micro-optics can be used for this individual influence and/or shaping of the individual particle beams. Micro-optics is often also referred to as a multi-beam particle generator for generating and shaping a large number of individual particle beams. The multi-beam particle generator or micro-optics comprises a sequence of multiple multi-aperture plates that can be used for active beam shaping, or at least one of which can be used for active beam shaping. For this purpose, electrodes that can be controlled collectively or individually can be provided in the area of the apertures. These can be ring electrodes or multipole electrodes, for example. According to another example, a multi-aperture plate can be monolithic, with a voltage applied across the multi-aperture plate as a whole, i.e., the monolithic multi-aperture plate is then at a specific potential, so that its openings, in interaction with other particle-optical elements, can create a lens effect. Other designs of a multi-aperture plate for active beam shaping are also possible.
Zur bestmöglichen Einzel-Teilchenstrahlformung / Einzel-Teilchenstrahl-Beeinflussung ist es notwendig, dass die Aperturen, die ein Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt, exakt zueinander ausgerichtet sind. Zum Beispiel kann es erforderlich sein, dass die Zentren der Aperturen exakt übereinander liegen müssen. Außerdem sind die Aperturen in bekannten Multiaperturplatten verhältnismäßig klein, z. B. betragen Aperturdurchmesser jeweils weniger als 100µm, z.B. nur 90µm oder weniger. Diese beiden Bedingungen - geringe Größe der Aperturdurchmesser und genaue Ausrichtung der Aperturen/ Elektroden inkl. Ansteuerung- können durch die Anwendung von MEMS-Techniken zur Herstellung einer Mikrooptik erfüllt werden. Mit anderen Worten werden zur Herstellung einer Mikrooptik bzw. deren Multiaperturplatten ähnliche Prozesse eingesetzt, die auch bei der Halbleiter-Produktion zum Einsatz kommen können.For the best possible single-particle beam shaping/influencing, it is necessary that the apertures through which a single-particle beam passes are precisely aligned. For example, it may be necessary for the centers of the apertures to be exactly aligned. Furthermore, the apertures in known multi-aperture plates are relatively small; for example, aperture diameters are each less than 100 µm, e.g., only 90 µm or less. These two conditions—small aperture diameters and precise alignment of the apertures/electrodes, including control—can be met by using MEMS technologies to manufacture micro-optics. In other words, similar processes are used to manufacture micro-optics and their multi-aperture plates that can also be used in semiconductor production.
Die Anwendungen von Halbleiterbauelementen eröffnen sich z.B. durch Kombination von Bereichen unterschiedlicher Dotierung oder durch den Einfluss isolierender Trennschichten. Zur Erfüllung dieser Anforderungen werden bei der Produktion von Halbleiterbauelementen auf einem Grundsubstrat in Scheibenform, dem sog. Wafer, der Reihe nach verschiedene Schichten aufgetragen (sog. Planartechnik). Als Grundsubstrat wird beispielsweise Silizium eingesetzt, als isolierende Schicht findet z.B. Siliziumoxid Verwendung. Die aufgetragenen Schichten können dann jeweils mittels lithografischer Verfahren strukturiert werden. So können integrierte Schaltungen mit Leiterbahnen sprich Halbleiter-Chips erzeugt werden - oder eben auch Mikrooptiken mit Multiaperturplatten für Vielzahl-Teilchenstrahlsysteme.The applications of semiconductor components are opened up, for example, by combining regions with different doping levels or by the influence of insulating separation layers. To meet these requirements, various layers are deposited sequentially on a base substrate in the form of a disc, the so-called wafer, during the production of semiconductor components (so-called planar technology). Silicon, for example, is used as the base substrate, and silicon oxide, for example, is used as the insulating layer. The deposited layers can then be structured using lithographic processes. This allows the creation of integrated circuits with conductor tracks, i.e. semiconductor chips, or even micro-optics with multi-aperture plates for multi-particle beam systems.
So präzise die Herstellung von Mikrooptiken mittels MEMS-Techniken auch ist, so gibt es dennoch Nachteile bei dieser Art der Herstellung: Die Entwicklungszeit für die Herstellung einer Mikrooptik ist relativ lang und beträgt häufig zwischen einem halben und einem dreiviertel Jahr. Änderungen beim Herstellungsprozess sind nur schwer bzw. nur mit erheblichem Zeitaufwand möglich. Und insgesamt gibt es nur wenige Halbleiterhersteller, die Prozesskontrolle der Halbleiterherstellung ist herausfordernd und es wird sehr teures Equipment für die Halbleiterherstellung benötigt.As precise as the production of micro-optics using MEMS techniques is, there are still disadvantages to this type of manufacturing: The development time for producing a micro-optic device is relatively long, often between six months and nine months. Changes to the manufacturing process are difficult or only possible with considerable time expenditure. And overall, there are only a few semiconductor manufacturers that can produce Process control of semiconductor manufacturing is challenging and very expensive semiconductor manufacturing equipment is required.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Mikrooptik für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem bereitzustellen. Das Verfahren soll insbesondere schneller sein als bekannte Verfahren, und zwar ohne dabei Qualitätseinbußen bei der Mikrooptik hinzunehmen oder eine erzielbare Auflösung bei Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen zu verschlechtern. Zudem soll das Verfahre einfach und kostengünstig umsetzbar sein.It is therefore an object of the invention to provide an improved method for producing a micro-optic system for a multi-particle beam system. The method should be faster than known methods, without compromising the quality of the micro-optics or impairing the achievable resolution in multi-particle beam systems. Furthermore, the method should be simple and cost-effective to implement.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.This object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention emerge from the dependent patent claims.
Die vorliegende Erfindung basiert im Wesentlichen auf zwei grundlegenden Erkenntnissen:
- (1) Es hat sich herausgestellt, dass das für eine Mikrooptik verwendete Material Silizium durchaus ernsthafte Probleme bereiten kann: Es können z.B. unerwünschte Oberflächenpotentiale auftreten und die Leitfähigkeit des Siliziums kann sich mit der Zeit verändern. Beides hat einen unerwünschten Einfluss auf die geladenen Einzel-Teilchenstrahlen beim Durchsetzen der Mikrooptik und somit auf die Strahlqualität und dadurch wiederum auf die mittels eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems erzielbare Auflösung bei dessen Betrieb.
- (2) Außerdem hat sich überraschend herausgestellt, dass der Wunsch/ der Trend zu einer weiteren Miniaturisierung der Mikrooptik zwecks Auflösungsverbesserung gar nicht immer richtig oder stets erforderlich ist. Stattdessen kann es echte Vorteile haben, die Mikrooptik mit etwas größeren Dimensionen wie beispielsweise größeren Aperturen und/ oder dickeren Multiaperturplatten herzustellen. Vorteile bieten sich insbesondere durch verringerte parasitäre Effekte wie verringerte Strahlablenkungen bei vergleichbarer erwünschter elektronenoptischer Wirkung und durch höhere Spannungen, die an den Multiaperturplatten der Mikrooptik angelegt werden können. Insbesondere Letzteres ist bei Mikrooptiken für immer mehr Einzel-Teilchenstrahlen und für immer größere Bildfelder von besonderem Interesse.
- (1) It has been shown that the silicon material used for micro-optics can pose serious problems: For example, undesirable surface potentials can occur, and the conductivity of the silicon can change over time. Both of these factors have an undesirable impact on the charged single-particle beams passing through the micro-optics, thus affecting the beam quality and, in turn, the resolution achievable with a multi-particle beam system during operation.
- (2) Furthermore, it has surprisingly turned out that the desire/trend towards further miniaturization of micro-optics for the purpose of improving resolution is not always correct or always necessary. Instead, there can be real advantages in manufacturing micro-optics with somewhat larger dimensions, such as larger apertures and/or thicker multi-aperture plates. Advantages arise in particular from reduced parasitic effects such as reduced beam deflections with a comparable desired electron-optical effect, and from higher voltages that can be applied to the multi-aperture plates of the micro-optics. The latter is of particular interest in micro-optics for ever-increasing numbers of single-particle beams and ever-larger image fields.
Es ist deshalb eine grundsätzliche Idee der Erfindung, anstelle von MEMS-Techniken andere Herstellungsprozesse einzusetzen, und zwar solche, die in der Metallverarbeitung eingesetzt werden können. Die Tatsache, dass solche Prozesse zur Metallverarbeitung tendenziell erst zur Erzeugung von etwas größeren Strukturen eingesetzt werden, ist dabei nicht zwangsläufig ein Nachteil. Stattdessen bieten die Prozesse der Metallverarbeitung den Vorteil, dass Silizium als Material nicht mehr quasi zwangsweise verwendet werden muss. Insbesondere ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Mikrooptiken herzustellen, die eine oder mehrere Multiaperturplatten aus Metall aufweisen. Zudem lässt sich bei geschickter Verfahrensführung auch das Problem der genauen Ausrichtung der Multiaperturplatten zueinander lösen, und zwar unabhängig von deren Material bzw. lichtoptischer oder IR Transparenz; die Multiaperturplatten sind dann nämlich automatisch bzw. Prozess-inhärent korrekt zueinander ausgerichtet.It is therefore a fundamental idea of the invention to use other manufacturing processes instead of MEMS technologies, namely those that can be used in metal processing. The fact that such metal processing processes tend to be used only for the creation of somewhat larger structures is not necessarily a disadvantage. Instead, metal processing processes offer the advantage that silicon is no longer almost compulsory as a material. In particular, it is also possible to use the method according to the invention to produce micro-optics that have one or more multi-aperture plates made of metal. Furthermore, with skillful process control, the problem of precisely aligning the multi-aperture plates to one another can also be solved, regardless of their material or light-optical or IR transparency; the multi-aperture plates are then correctly aligned to one another automatically or inherently in the process.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrooptik für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, das die folgenden Schritte aufweist:
- (a) Bereitstellen einer ersten Platte der Mikrooptik, die elektrisch leitfähig ist;
- (b) Bereitstellen einer zweiten Platte der Mikrooptik, die elektrisch leitfähig ist;
- (c) Erzeugen eines Plattenstapels umfassend Stapeln der ersten Platte der Mikrooptik und der zweiten Platte der Mikrooptik übereinander, wobei die erste Platte der Mikrooptik und die zweite Platte der Mikrooptik in dem Plattenstapel relativ zueinander fixiert werden und voneinander elektrisch isoliert werden; und
- (d) Durchbohren des gesamten erzeugten Plattenstapels mit mindestens der ersten Platte und der zweiten Platte der Mikrooptik und dadurch Erzeugen sowohl einer ersten Vielzahl von Aperturen in der ersten Platte der Mikrooptik als auch einer zweiten Vielzahl von Aperturen in der zweiten Platte der Mikrooptik.
- (a) providing a first plate of the micro-optics which is electrically conductive;
- (b) providing a second plate of the micro-optics which is electrically conductive;
- (c) producing a plate stack comprising stacking the first plate of the micro-optics and the second plate of the micro-optics one above the other, wherein the first plate of the micro-optics and the second plate of the micro-optics are fixed relative to each other in the plate stack and are electrically insulated from each other; and
- (d) drilling through the entire produced plate stack with at least the first plate and the second plate of the micro-optics and thereby producing both a first plurality of apertures in the first plate of the micro-optics and a second plurality of apertures in the second plate of the micro-optics.
Unter dem Begriff Mikrooptik wird wie auch im einleitenden Beschreibungsteil eine Abfolge von mehreren Multiaperturplatten verstanden, von denen im Betrieb mindestens eine Multiaperturplatte zur aktiven Strahlformung der Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen bei dem Vielzahl-Teilchenstrahlsystem eingesetzt wird. Bevorzugt wird jede der Aperturen von genau einem Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt.As in the introductory description, the term "micro-optics" refers to a sequence of multiple multi-aperture plates, of which at least one multi-aperture plate is used during operation for actively shaping the plurality of single-particle beams in the multi-particle beam system. Preferably, each of the apertures is penetrated by exactly one single-particle beam.
In Patentanspruch 1 wird zunächst nicht von einer Multiaperturplatte, sondern von einer ersten Platte der Mikrooptik bzw. einer zweiten Platte der Mikrooptik gesprochen. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass die Aperturen in der ersten Platte und in der zweiten Platte während des Herstellungsverfahrens erst gebildet werden.In
Die erste Platte der Mikrooptik ist elektrisch leitfähig. Dabei kann die gesamte erste Platte der Mikrooptik elektrisch leitfähig sein oder aber nur Teilbereiche der ersten Platte. Entsprechendes gilt für die zweite Platte der Mikrooptik. Die Eigenschaft der elektrischen Leitfähigkeit trägt dazu bei oder ist sogar erforderlich dafür, dass viele Verfahren, die aus der Metallverarbeitung bekannt sind, zum Herstellen der Mikrooptik für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem eingesetzt werden können. Darauf wird später noch detaillierter eingegangen werden.The first plate of the micro-optics is electrically conductive. The entire first plate of the micro-optics can be electrically conductive, or only parts of it. The same applies to the second plate of the micro-optics. The property of electrical conductivity contributes to, or is even necessary for, the use of many processes known from metal processing for the manufacture of micro-optics for a multi-particle beam system. This will be discussed in more detail later.
Das Erzeugen des Plattenstapels umfasst das Stapeln der ersten Platte der Mikrooptik und der zweiten Platte der Mikrooptik übereinander, wobei die erste Platte der Mikrooptik und die zweite Platte der Mikrooptik in dem Plattenstapel relativ zueinander fixiert werden und voneinander elektrisch isoliert werden. Die Fixierung und elektrische Isolierung kann dabei gleichzeitig und/oder mittels derselben Mittel realisiert werden, es ist aber auch möglich, dass für Fixierung und elektrische Isolierung verschiedene Mittel eingesetzt werden. Es ist beispielsweise möglich, dass elektrisch isolierende Abstandshalter verwendet werden oder dass eine komplette elektrisch isolierende Platte vorgesehen wird.Creating the plate stack comprises stacking the first micro-optic plate and the second micro-optic plate on top of each other, wherein the first micro-optic plate and the second micro-optic plate are fixed relative to each other in the plate stack and are electrically insulated from each other. The fixing and electrical insulation can be achieved simultaneously and/or using the same means; however, it is also possible to use different means for fixing and electrical insulation. For example, it is possible to use electrically insulating spacers or to provide a complete electrically insulating plate.
Der Plattenstapel umfasst mindestens eine erste Platte der Mikrooptik und eine zweite Platte der Mikrooptik. Der Plattenstapel kann aber auch noch weitere Platten der Mikrooptik umfassen. Im Verfahrensschritt (d) erfolgt jedenfalls das Durchbohren des gesamten erzeugten Plattenstapels mit mindestens der ersten Platte und der zweiten Platte der Mikrooptik und dadurch Erzeugen sowohl einer ersten Vielzahl von Aperturen in der ersten Platte der Mikrooptik als auch einer zweiten Vielzahl von Aperturen in der zweiten Platte der Mikrooptik. Aperturen, die im Betrieb der Mikrooptik bzw. des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems von demselben Einzel-Teilchenstrahl durchsetzt werden sollen, werden also im selben Verfahrensschritt bzw. beim selben Durchbohren erzeugt. Bei entsprechend genauer Ausführung des Durchbohrens mittels eines Bohrmittels sind also einander zugeordnete Aperturen in der ersten Platte der Mikrooptik und der zweiten Platte der Mikrooptik und gegebenenfalls einer oder mehrerer weiterer Platten der Mikrooptik automatisch korrekt zueinander ausgerichtet.The plate stack comprises at least a first micro-optic plate and a second micro-optic plate. However, the plate stack can also comprise further micro-optic plates. In method step (d), the entire produced plate stack is drilled through with at least the first and second micro-optic plates, thereby creating both a first plurality of apertures in the first micro-optic plate and a second plurality of apertures in the second micro-optic plate. Apertures that are to be penetrated by the same individual particle beam during operation of the micro-optic system or the multiple particle beam system are thus created in the same method step or during the same drilling process. If the drilling process is carried out with appropriate precision using a drilling means, mutually associated apertures in the first micro-optic plate and the second micro-optic plate, and optionally one or more further micro-optic plates, are automatically correctly aligned with one another.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Platte der Mikrooptik und/oder die zweite Platte der Mikrooptik metallisch.. Beispielsweise kann es sich bei dem Metall um Kupfer, Silber, Eisen, Aluminium, Wolfram, Gold, Messing, Platin, Edelstahl oder aber um ein anderes Metall oder eine Metalllegierung oder Kombinationen aus den vorgenannten Materialien handeln. Die Metallplatte selbst kann auch eine Oberflächenveredelung, beispielsweise eine Vergoldung, aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, dass die erste Platte der Mikrooptik und/oder die zweite Platte der Mikrooptik aus einem Halbleitermaterial besteht. Dieses Halbleitermaterial kann beispielsweise Silizium umfassen.According to a preferred embodiment of the invention, the first plate of the micro-optics and/or the second plate of the micro-optics is metallic. For example, the metal can be copper, silver, iron, aluminum, tungsten, gold, brass, platinum, stainless steel, or another metal or metal alloy, or combinations of the aforementioned materials. The metal plate itself can also have a surface finish, such as gold plating. Alternatively, it is also possible for the first plate of the micro-optics and/or the second plate of the micro-optics to consist of a semiconductor material. This semiconductor material can, for example, comprise silicon.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Plattenstapel des Weiteren mindestens eine weitere und somit zumindest eine dritte Platte der Mikrooptik auf, die elektrisch leitfähig ist. Dabei wird die dritte Platte der Mikrooptik relativ zu der ersten Platte der Mikrooptik und der zweiten Platte der Mikrooptik fixiert und zu diesen elektrisch jeweils isoliert. Beim Durchführen des Verfahrensschrittes (d) wird die dritte Platte der Mikrooptik ebenfalls mit durchbohrt, sodass dadurch eine dritte Vielzahl von Aperturen in der dritten Platte der Mikrooptik erzeugt wird. Auch diese dritte Vielzahl von Aperturen ist also Prozess-inhärent korrekt zu den übrigen Aperturen der ersten Platte und der zweiten Platte ausgerichtet.According to a further preferred embodiment of the invention, the plate stack further comprises at least one further and thus at least one third plate of the micro-optics, which is electrically conductive. The third plate of the micro-optics is fixed relative to the first plate of the micro-optics and the second plate of the micro-optics and is electrically insulated from each of them. When carrying out method step (d), the third plate of the micro-optics is also drilled through, thereby creating a third plurality of apertures in the third plate of the micro-optics. This third plurality of apertures is therefore also correctly aligned with the remaining apertures of the first plate and the second plate due to the nature of the process.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die dritte Platte der Mikrooptik aus einem Metall. Gleiches gilt für eventuell vorhandene weitere Platten. Dabei ist es grundsätzlich möglich, dass sämtliche Platten der Mikrooptik aus demselben Material und insbesondere aus demselben Metall bestehen; dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall.According to a preferred embodiment of the invention, the third plate of the micro-optics consists of a metal. The same applies to any additional plates present. It is fundamentally possible for all plates of the micro-optics to be made of the same material, and in particular, the same metal; however, this is not necessarily the case.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) mittels Laserbohren. Laserbohren ist ein nicht-spanendes thermisches Trennverfahren. Es gibt verschiedene Arten von Laserbohrverfahren, beispielsweise Einzelpulsbohren, Perkussionsbohren, Trepanieren und Wendelbohren. Einzelpulsbohren ist dabei am schnellsten, es wird mittels eines einzelnen Pulses durch das Material „geschossen“. Beim Perkussionsbohren werden mehrere Pulse an denselben Punkt gesetzt, um ein Loch durch das Material zu lasern. Von Trepanieren spricht man, wenn nach der Durchgangsbohrung das Loch durch Abfahren der Bohrungskontur ausgeschnitten wird. Beim Wendelbohren kann eine spezielle Optik erforderlich sein. Grundsätzlich gilt, dass die Präzision der Bohrung und die Glattheit der Bohrlochwände vom durchbohrten Material und der Art der Laserstrahlung abhängt. Kupfer beispielsweise absorbiert grüne und blaue Strahlung sehr gut, gängiges Infrarot hingegen nicht sehr gut. Laserbohrverfahren sind heutzutage sehr schnell und auch sehr effizient: Es ist beispielsweise möglich, mit Einzelpuls-Mikrobohren 200 Löcher pro Sekunde in 1 mm starkes Titanblech zu bohren. Ein Fokusdurchmesser des verwendeten Lasers ist beispielsweise 12 µm, die erzeugte Bohrung hat einen Durchmesser von nur knapp 80 µm. Ein Aperturdurchmesser von 80 µm entspricht bereits den im Stand der Technik verwendeten Dimensionen von Aperturen, wenn diese mittels MEMS-Techniken erzeugt werden. Mittels Laserbohren sind also sowohl - falls gewünscht - sehr kleine Aperturen herstellbar als auch - gegebenenfalls mittels anderer Laserbohrtechniken - weitaus größere Aperturen. Zudem sind die Verfahren sehr schnell. Außerdem bietet Laserbohren als Herstellungsverfahren den Vorteil, dass das zu durchbohrende Material nicht zwangsweise ein Metall oder überhaupt leitfähig sein muss. According to a preferred embodiment of the invention, the plate stack is drilled through in step (d) using laser drilling. Laser drilling is a non-cutting thermal cutting process. There are various types of laser drilling processes, such as single-pulse drilling, percussion drilling, trepanning, and helical drilling. Single-pulse drilling is the fastest; it "shoots" through the material using a single pulse. In percussion drilling, several pulses are applied to the same point to laser a hole through the material. Trepanning occurs when, after the through-hole has been drilled, the hole is cut out by tracing the bore contour. Helical drilling may require special optics. Generally speaking, the precision of the drilling and the smoothness of the borehole walls depend on the material being drilled through and the type of laser radiation. Copper, for example, absorbs green and blue radiation very well, but common infrared radiation not very well. Laser drilling processes are now very fast and also very efficient: For example, it is possible to drill 200 holes per second into 1 mm thick titanium sheet using single-pulse micro-drilling. The focus diameter of the laser used is, for example, For example, the aperture diameter is 12 µm, and the resulting hole has a diameter of just under 80 µm. An aperture diameter of 80 µm already corresponds to the dimensions used in the state of the art for apertures produced using MEMS technologies. Laser drilling can therefore be used to produce both very small apertures, if desired, and much larger apertures, if necessary using other laser drilling technologies. Furthermore, the processes are very fast. Furthermore, laser drilling as a manufacturing process offers the advantage that the material to be drilled through does not necessarily have to be a metal or even conductive.
Auch Isolatoren können mittels Laserbohren durchbohrt werden. Beim Laserbohren können deshalb auch Plattenstapel mit einer Abfolge von elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Platten auf einmal bzw. mittels demselben Laserpuls oder mittels derselben Vielzahl von Laserpulsen durchbohrt werden.Insulators can also be drilled through using laser drilling. Therefore, laser drilling can also drill through stacks of electrically conductive and electrically insulating plates simultaneously, using the same laser pulse, or using the same number of laser pulses.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) mittels Mikro-EDM. Mikro-EDM oder Mikrofunkenerosion ist eine Form des EDM (engl. „Electrical Discharge Machining“) und kann als eine Kombination der Bohrerosions- und Senkerosionstechnik beschrieben werden. Diese Technik, die als Zerspanungsmethode auf der Funkenerosion basiert, ist sehr gut geeignet, um elektrisch leitende Werkstoffe verschiedener Härten mit hoher Geschwindigkeit und Präzision in die richtige Form zu bringen.According to a further preferred embodiment of the invention, the drilling of the plate stack in step (d) is carried out using micro-EDM. Micro-EDM, or micro-spark erosion, is a form of EDM (Electrical Discharge Machining) and can be described as a combination of drilling and sinking erosion techniques. This technique, which is based on spark erosion as a machining method, is highly suitable for shaping electrically conductive materials of various hardnesses into the correct shape at high speed and precision.
EDM ist ein berührungsloses Verfahren, mit dem Material auf sehr kleinen Längen abgetragen werden kann, ohne dass in dem Material dadurch mechanische Spannungen entstehen. Das Material wird durch hochgradig lokalisiertes Schmelzen und Verdampfen infolge elektrischer Entladungen zwischen einer Elektrode und dem zu bearbeitenden Material geformt. Die Entladungen, die winzige Plasmakanäle mit Temperaturen von bis zu 10.000°C bilden, schmelzen lokal sehr kleine Mengen des Materials. Wird der Stromfluss unterbrochen, bricht das erzeugte Plasma zusammen und das entstehende Vakuum zieht das geschmolzene Material in das umgebende dielektrische Medium heraus. Damit Entladungen stattfinden können, muss das Material eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, während eine Materialhärte keine Rolle spielt. Daher kommen grundsätzlich alle Metalle und viele Halbleiter für EDM und auch für Mikro-EDM infrage.EDM is a non-contact process that can remove very small amounts of material without creating mechanical stress in the material. The material is formed by highly localized melting and evaporation as a result of electrical discharges between an electrode and the material being processed. The discharges, which form tiny plasma channels with temperatures of up to 10,000°C, locally melt very small amounts of the material. When the current flow is interrupted, the generated plasma collapses, and the resulting vacuum draws the molten material out into the surrounding dielectric medium. For discharges to occur, the material must have sufficient electrical conductivity, while material hardness is not important. Therefore, in principle, all metals and many semiconductors are suitable for EDM and also for micro-EDM.
Mikro-EDM ist eine spezielle Form des EDM, bei der die Werkstücke Merkmale von nur etwa 10 µm aufweisen können. Diese kleinen Merkmale werden mit Elektroden erreicht, die ebenfalls sehr klein sind. Auch mittels Mikro-EDM können die Größenordnungen von Aperturen, die bereits für Mikrooptiken verwendet werden, also problemlos erreicht werden. Außerdem ist das Mikro-EDM-Verfahren deutlich schneller als planare Integrationstechniken.Micro-EDM is a special form of EDM that allows workpieces to have features as small as approximately 10 µm. These small features are achieved using electrodes that are also very small. Thus, even with micro-EDM, aperture sizes of the size already used for micro-optics can be easily achieved. Furthermore, the micro-EDM process is significantly faster than planar integration techniques.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) mittels mechanischem Hochgeschwindigkeits-Mikro-Bohren. Dazu können beispielsweise VHM-Mikrobohrer eingesetzt werden. Auf diese Weise lassen sich Bohrlochdurchmesser von wenigen Millimetern ebenso realisieren wie Bohrlochdurchmesser von nur 30 µm oder sogar nur 10 µm.According to a preferred embodiment of the invention, the plate stack is drilled through in step (d) using mechanical high-speed micro-drilling. Solid carbide micro-drills, for example, can be used for this purpose. In this way, drill hole diameters of a few millimeters can be achieved, as well as drill hole diameters of only 30 µm or even just 10 µm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) mittels Vibrationsbohren oder mittels Ultraschallbohren. Das Prinzip des Vibrationsbohrens besteht darin, zusätzlich zur Vorschubbewegung des Bohrers axiale Schwingungen oder Oszillationen zu erzeugen, sodass die Bohrspäne aufbrechen und dann leicht aus der Schneidezone entfernt werden können. Man unterscheidet selbsterhaltende Vibrationssysteme und erzwungene Vibrationssysteme. Beim Vibrationsbohren mit Eigenschwingung wird die Eigenfrequenz des Werkzeugs genutzt, um es während des Schneidens in natürliche Schwingungen zu versetzen. Die Schwingungen können durch ein Masse-Feder-System im Werkzeughalter selbst aufrechterhalten werden. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines piezoelektrischen Systems zur Erzeugung und Steuerung von Schwingungen. Diese Systeme ermöglichen hohe Vibrationsfrequenzen (bis zu 2 kHz) bei kleinen Abmessungen (einige µm) und eignen sich besonders zum Bohren kleiner Löcher.According to a preferred embodiment of the invention, the drilling of the plate stack in step (d) is carried out by means of vibration drilling or ultrasonic drilling. The principle of vibration drilling is to generate axial vibrations or oscillations in addition to the feed movement of the drill, so that the drilling chips break up and can then be easily removed from the cutting zone. A distinction is made between self-sustaining vibration systems and forced vibration systems. In vibration drilling with natural vibration, the natural frequency of the tool is used to cause it to vibrate naturally during cutting. The vibrations can be maintained by a mass-spring system in the tool holder itself. Another possibility is the use of a piezoelectric system to generate and control vibrations. These systems enable high vibration frequencies (up to 2 kHz) with small dimensions (a few µm) and are particularly suitable for drilling small holes.
Beim Ultraschallbohren werden Schwingungen im Ultraschallbereich genutzt, um ein Bohrloch zu erzeugen. Es handelt sich dabei um zerspanendes Materialbearbeitungsverfahren, das nicht rotations-zerspanend arbeitet. Es kann insbesondere bei harten und spröden Werkstoffen eingesetzt werden. Das Bohrwerkzeug wird durch in einem Ultraschallwandler erzeugte Ultraschallwellen in Schwingungen in Vorschubrichtung versetzt und regt die Körner einer zugeführten Schleifmittelsuspension ebenfalls zu Schwingungen an. Während eines kurzen Bruchteils der Schwingungsperiode wird das Werkstück in Mikrobezirken abgetragen. Es ist auch möglich, konventionelles Bohren um den zusätzlichen Einsatz von Ultraschall zu ergänzen, um Arbeitsparameter zu verbessern.Ultrasonic drilling uses vibrations in the ultrasonic range to create a drilled hole. It is a non-rotary material machining process. It is particularly suitable for hard and brittle materials. Ultrasonic waves generated in an ultrasonic transducer cause the drilling tool to vibrate in the feed direction, also inducing vibrations in the grains of an abrasive suspension. During a brief fraction of the vibration period, the workpiece is removed in micro-divisions. It is also possible to supplement conventional drilling with the additional use of ultrasound to improve working parameters.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls (FIB). Treffen hochenergetische Ionen auf eine Probe, so sputtern sie Atome aus der Oberfläche heraus. Aufgrund der Sputterfähigkeit kann ein fokussierter Ionenstrahl als Werkzeug für die Mikro- und Nanobearbeitung eingesetzt werden und Materialien im Mikro- und Nanobereich können verändert oder bearbeitet werden. Als fokussierte Ionen werden beispielsweise Gallium-Ionen eingesetzt, es können aber auch andere Ionen verwendet werden. Mittels fokussierten Ionenstrahlen lassen sich selbst Merkmale im Bereich von 10 bis 15 nm fräsen, das Fräsen von Merkmalen im Mikrometerbereich ist vollumfänglich und übergreifend möglich. Ein Problem bei der Anwendung eines fokussierten Ionenstrahls ist lediglich seine verhältnismäßig geringe Schärfentiefe. Deswegen ist es gegebenenfalls schwierig, dicke Platten bzw. dicke Plattenstapel auf einmal zu durchbohren. Aber auch für diesen Fall gibt es Lösungen, beispielsweise das Aufteilen eines Plattenstapels in mehrere Sub-Stapel und dann das jeweilige Durchbohren der Sub-Stapel mittels des FIB, insbesondere bei Linsenübergängen, an denen eine exakte Ausrichtung der Aperturen zueinander von verschiedenen Platten sehr kritisch ist. Anschließend können die Sub-Stapel zu einem Gesamtstapel zusammengesetzt werden.According to a preferred embodiment of the invention, the drilling of the plate stack in step (d) is carried out using a focused ion beam (FIB). When high-energy ions hit a sample, they sputter atoms from the surface. Due to its sputtering capability, a focused ion beam can be used as a tool for micro- and nanomachining, and materials in the micro- and nanoscale can be modified or processed. Gallium ions, for example, are used as focused ions, but other ions can also be used. Using focused ion beams, even features in the 10 to 15 nm range can be milled, and the milling of features in the micrometer range is fully and comprehensively possible. The only problem with the use of a focused ion beam is its relatively shallow depth of field. This can make it difficult to drill through thick plates or thick plate stacks all at once. However, there are solutions for this too, such as dividing a plate stack into several sub-stacks and then drilling through each of the sub-stacks using the FIB, particularly at lens transitions where precise alignment of the apertures of different plates is very critical. The sub-stacks can then be combined to form a complete stack.
Bei den oben beschriebenen Bohrverfahren muss das mittels Durchbohrens entfernte Material aus dem Plattenstapel entfernt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können deshalb in den Platten des Plattenstapels Spüllöcher vorgesehen sein oder werden, die einen größeren Durchmesser als die Aperturen in der ersten Platte der Mikrooptik und in der zweiten Platte der Mikrooptik aufweisen. Diese Spüllöcher können mittels derselben oder mittels anderer Verfahren erzeugt werden wie die Aperturen in der ersten Platte der Mikrooptik und in der zweiten Platte der Mikrooptik., das Verfahren selbst ist hier nicht entscheidend. Stattdessen ist es wichtig, dass der Durchmesser der Spüllöcher so gewählt ist, dass bei einem Spülvorgang in einer Prozesskammer nach dem Durchbohren des Plattenstapels das entfernte Material durch diese Spüllöcher mittels eines Spülvorganges entfernt oder ausgeschwemmt werden kann. Als Spülmittel kann insbesondere bei einem Metallbohrverfahren beispielsweise eine Flüssigkeit verwendet werden. Es ist aber auch möglich, als Spülmittel ein Gas zu verwenden, beispielsweise nach einem Durchbohren mittels Laserbohren oder nach Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls.In the drilling methods described above, the material removed by drilling must be removed from the plate stack. According to a preferred embodiment of the invention, flushing holes can be provided in the plates of the plate stack, which have a larger diameter than the apertures in the first plate of the micro-optics and in the second plate of the micro-optics. These flushing holes can be created using the same or different methods as the apertures in the first plate of the micro-optics and in the second plate of the micro-optics; the method itself is not critical here. Instead, it is important that the diameter of the flushing holes is selected such that, during a flushing process in a process chamber after drilling through the plate stack, the removed material can be removed or flushed out through these flushing holes by means of a flushing process. A liquid, for example, can be used as the flushing agent, particularly in a metal drilling process. However, it is also possible to use a gas as the flushing agent, for example after drilling through by laser drilling or after using a focused ion beam.
Spüllöcher ermöglichen es auch, möglichweise beim Herstellen des Plattenstapels/ der Mikrooptik verwendete Hilfsstoffe wieder aus der Mikrooptik zu entfernen oder auszuschwemmen. Es ist beispielsweise möglich, zwischen den Platten des Plattenstapels vor einem mechanischen Bohrvorgang eine Flüssigkeit einzubringen, diese dann herunterzukühlen bis zum Erstarren und dann das Durchbohren des Plattenstapels durchzuführen. Dadurch können bei dem Durchbohren wirkende Kräfte auch von der erstarrten Flüssigkeit aufgenommen werden. Nach dem Durchbohren kann man den Plattenstapel wieder erwärmen, die erstarrte Flüssigkeit/ der Feststoff wird wieder verflüssigt und kann dann durch die Spüllöcher ausgeschwemmt werden.Flushing holes also make it possible to remove or flush out any auxiliary materials used during the production of the plate stack/micro-optics. For example, it is possible to introduce a liquid between the plates of the plate stack before a mechanical drilling process, then cool it until it solidifies, and then drill through the plate stack. This allows the forces acting during drilling to be absorbed by the solidified liquid. After drilling, the plate stack can be reheated, and the solidified liquid/solid is liquefied again and can then be flushed out through the flushing holes.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren des Weiteren den folgenden Schritt: Nach dem Durchbohren gemäß Schritt d) Spülen des Plattenstapels und Entfernen von Bohrmaterial durch Spüllöcher in der ersten Platte der Mikrooptik und in der zweiten Platte der Mikrooptik, wobei für einen Durchmesser S der Spüllöcher in Relation zum Durchmesser A der Aperturen in der ersten Platte der Mikrooptik und in der zweiten Platte der Mikrooptik folgende Relation gilt: D ≥ 10A, bevorzugt D ≥ 100A.According to a preferred embodiment of the invention, the method further comprises the following step: After drilling according to step d), rinsing the plate stack and removing drilling material through rinsing holes in the first plate of the micro-optics and in the second plate of the micro-optics, wherein the following relation applies to a diameter S of the rinsing holes in relation to the diameter A of the apertures in the first plate of the micro-optics and in the second plate of the micro-optics: D ≥ 10A, preferably D ≥ 100A.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte aufweist:
- vor dem Durchbohren gemäß Schritt d)
- - Befüllen eines Zwischenraumes zwischen der ersten Platte der Mikrooptik und der zweiten Platte der Mikrooptik mit einem flüssigen Spülmittel, und
- - Abkühlen des Spülmittels und dadurch Erstarren des Spülmittels; und
- nach dem Durchbohren gemäß Schritt d)
- - Erwärmen des Spülmittels und dadurch Verflüssigen des Spülmittels; und
- - Entfernen des Spülmittels aus dem Zwischenraum.
- before drilling according to step d)
- - filling a space between the first plate of the micro-optics and the second plate of the micro-optics with a liquid detergent, and
- - Cooling of the detergent and thereby solidification of the detergent; and
- after drilling according to step d)
- - Heating the detergent and thereby liquefying the detergent; and
- - Remove the detergent from the gap.
Für das Befüllen mit dem Spülmittel und für das Entfernen des Spülmittels können die oben beschrieben Spüllöcher dienen.The flushing holes described above can be used to fill and remove the detergent.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst zumindest eine der Platten des Plattenstapels ein isolierendes Material als Grundmaterial, insbesondere eine Keramik als Grundmaterial, und das Verfahren weist des Weiteren die folgenden Schritte auf, die zeitlich vor den Verfahrensschritten (a) bis (d) ausgeführt werden:
- (e) Erzeugen einer Vielzahl von Grob-Aperturen in der mindestens einen Platte mit dem isolierenden Material als Grundmaterial; und
- (f) Metallisieren der Grob-Aperturen;
- (e) creating a plurality of coarse apertures in the at least one plate with the insulating material as the base material; and
- (f) metallizing the coarse apertures;
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist also nicht die gesamte Platte des Plattenstapels leitfähig, sondern nur ein Teilbereich davon, nämlich die Bereiche, die um die Grob-Aperturen herum metallisiert sind. Dies ist ausreichend, um sämtliche materialbearbeitende Verfahren, die die Leitfähigkeit des Materials, das durchbohrt werden muss, erfordern, durchführen zu können. Der Durchmesser der Grob-Aperturen ist selbstredend größer als der Durchmesser der Aperturen der fertigen Multiaperturplatten. Die metallisierten Grob-Aperturen sind hingegen vom Durchmesser her kleiner als die fertigen Aperturdurchmesser in der Multiaperturplatte.In this embodiment, not the entire plate of the plate stack is conductive, but only a portion of it, namely the areas metallized around the coarse apertures. This is sufficient to enable all material processing methods that require the conductivity of the material to be drilled. The diameter of the coarse apertures is naturally larger than the diameter of the apertures of the finished multi-aperture plates. The metallized coarse apertures, on the other hand, are smaller in diameter than the finished aperture diameters in the multi-aperture plate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Metallisieren der Grob-Aperturen mittels Sputtern und/oder mittels Galvanisieren.According to a preferred embodiment of the invention, the metallization of the coarse apertures is carried out by sputtering and/or by electroplating.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in Verfahrensschritt (d) die Vielzahl der Aperturen in den Platten des Plattenstapels gleichzeitig erzeugt. Dazu kann eine Vielzahl von Bohrmitteln gleichzeitig eingesetzt werden. Dies können beispielsweise mehrere Laserpulse sein beim Laserbohren oder aber eine Vielzahl von fest zueinander orientierten Elektroden (sogenannte „Manhattan-Elektroden“) beim Mikro-EDM-Verfahren. Diese Art der gleichzeitigen Herstellung von Bohrlöchern ist sehr schnell.According to a preferred embodiment of the invention, in process step (d), the plurality of apertures in the plates of the plate stack are created simultaneously. For this purpose, a plurality of drilling means can be used simultaneously. These can be, for example, multiple laser pulses in laser drilling or a plurality of fixedly oriented electrodes (so-called "Manhattan electrodes") in the micro-EDM process. This type of simultaneous creation of drill holes is very fast.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird in Verfahrensschritt (d) die Vielzahl der Aperturen in den Platten des Plattenstapels sukzessive erzeugt. Dabei wird also zunächst der gesamte Plattenstapel an einer ersten Stelle vollständig durchbohrt, danach wird er an einer zweiten Stelle vollständig durchbohrt und so weiter. Bei dieser Ausführungsvariante ist die Verfahrensführung des angewendeten Bohrverfahrens verhältnismäßig einfach.According to an alternative embodiment of the invention, in method step (d), the plurality of apertures in the plates of the plate stack are successively created. Thus, the entire plate stack is first completely drilled at a first location, then completely drilled at a second location, and so on. In this embodiment, the drilling process used is relatively simple.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Vielzahl der Aperturen jeweils einen Durchmesser A auf, wobei gilt: 40 µm ≤ A ≤ 400 µm, bevorzugt 80 µm ≤ A ≤ 400 µm oder 110 µm ≤ A ≤ 400 µm. Bei kreisförmigen Aperturen entspricht der Durchmesser natürlicherweise dem doppelten Radius. Bei anders geformten Aperturen, beispielsweise elliptischen Aperturen, wird als Durchmesser A der kleinstmögliche Abstand von Lochwänden zueinander definiert. Im Falle von Ellipsen entspricht dies dann also der doppelten kleinen Halbachse. Bei gestuften Aperturen, die beispielsweise mittels gestufter Elektroden oder mittels mehrerer Bohrschritte (z.B. erst Durchbohren einer Platte mit einem kleinen Bohrmittel, dann teilweises Aufbohren mit einem größeren Bohrmittel) erzeugt werden können, bezieht sich der Durchmesser A auf den minimalen Durchmesser.According to a preferred embodiment of the invention, the plurality of apertures each have a diameter A, where: 40 µm ≤ A ≤ 400 µm, preferably 80 µm ≤ A ≤ 400 µm or 110 µm ≤ A ≤ 400 µm. For circular apertures, the diameter naturally corresponds to twice the radius. For differently shaped apertures, such as elliptical apertures, the diameter A is defined as the smallest possible distance between the aperture walls. In the case of ellipses, this corresponds to twice the minor semi-axis. For stepped apertures, which can be created, for example, by means of stepped electrodes or by means of several drilling steps (e.g. first drilling through a plate with a small drill bit, then partially drilling out with a larger drill bit), the diameter A refers to the minimum diameter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Form der Aperturen in den Platten des Plattenstapels rund, elliptisch, n-zählig oder unregelmäßig geformt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hierbei also sehr flexibel.According to a preferred embodiment of the invention, the shape of the apertures in the plates of the plate stack is round, elliptical, n-fold, or irregular. The method according to the invention is therefore very flexible.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Mittelpunkte einander benachbarter Aperturen in den Platten des Plattenstapels einen Abstand B auf, für den gilt: 70 µm ≤ B ≤ 400 µm, bevorzugt 90 µm ≤ B ≤ 400 µm oder 120 µm ≤ B ≤ 400 µm.According to a preferred embodiment of the invention, the centers of adjacent apertures in the plates of the plate stack have a distance B for which the following applies: 70 µm ≤ B ≤ 400 µm, preferably 90 µm ≤ B ≤ 400 µm or 120 µm ≤ B ≤ 400 µm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für eine Dicke C einer Platte des Plattenstapels: 20 µm ≤ C ≤ 500 µm, bevorzugt 150 µm ≤ C ≤ 500 µm oder 250 µm ≤ C ≤ 500 µm.According to a preferred embodiment of the invention, the following applies to a thickness C of a plate of the plate stack: 20 µm ≤ C ≤ 500 µm, preferably 150 µm ≤ C ≤ 500 µm or 250 µm ≤ C ≤ 500 µm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für einen Plattenabstand D von zueinander direkt benachbarten Platten des Plattenstapels Folgendes: 1 µm ≤ D ≤ 100 µm, bevorzugt 20 µm ≤ D ≤ 100 µm oder 40 µm ≤ D ≤ 100 µm.According to a preferred embodiment of the invention, the following applies to a plate spacing D between directly adjacent plates of the plate stack: 1 µm ≤ D ≤ 100 µm, preferably 20 µm ≤ D ≤ 100 µm or 40 µm ≤ D ≤ 100 µm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gilt für eine Gesamthöhe H des Plattenstapels Folgendes: 50 µm ≤ H ≤ 100 0µm, bevorzugt 300 µm ≤ H ≤ 1000 µm oder 500 µm ≤ H ≤ 1000 µm.According to a preferred embodiment of the invention, the following applies to a total height H of the plate stack: 50 µm ≤ H ≤ 100 0 µm, preferably 300 µm ≤ H ≤ 1000 µm or 500 µm ≤ H ≤ 1000 µm.
Es ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens also möglich, auch verhältnismäßig dicke Platten und verhältnismäßig weit voneinander beabstandete Platten zu durchbohren, und zwar mittels eines schnellen und präzisen Verfahrens. Gerade bei den größeren Abmessungen ist der Herstellungsprozess mittels den bekannten planaren Integrationstechniken sehr viel langsamer.The method according to the invention therefore makes it possible to drill through even relatively thick plates and plates that are relatively widely spaced from one another, using a fast and precise process. Especially for larger dimensions, the manufacturing process using known planar integration techniques is much slower.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Mikrooptik mindestens einen zweiten oder weiteren Plattenstapel auf. Dabei kann der zweite oder weitere Plattenstapel der Mikrooptik mittels der Verfahrensschritte (a) bis (d) erzeugt werden. Es ist aber auch möglich, dass der zweite oder weitere Plattenstapel der Mikrooptik mittels Planartechnik und/oder lithografischer Verfahren erzeugt wird oder erzeugt worden ist. Im Prinzip sind auch andere Herstellungsverfahren möglich.According to a preferred embodiment of the invention, the micro-optics comprises at least a second or further plate stack. The second or further plate stack of the micro-optics can be produced using method steps (a) to (d). However, it is also possible for the second or further plate stack of the micro-optics to be or have been produced using planar technology and/or lithographic processes. In principle, other manufacturing processes are also possible.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt in einem Verfahrensschritt (g) das Ausrichten des ersten Plattenstapels und des zweiten oder weiteren Plattenstapels zueinander. Werden mehrere Plattenstapel zueinander ausgerichtet, so ist dabei eine große Präzision erforderlich. Diese nachträgliche Ausrichtung von Plattenstapeln bzw. darin befindlichen Aperturen ist aber naturgemäß ungenauer als die Prozess-inhärente Positionierung der Aperturen innerhalb eines Plattenstapels, wenn zusammengehörige Aperturen mittels desselben Verfahrensschrittes exakt erzeugt worden sind. Deshalb kann es sinnvoll sein, das Ausrichten von Plattenstapeln zueinander an solchen Übergängen zwischen verschiedenen Plattenstapeln vorzusehen, an denen elektronenoptisch eine größere Unempfindlichkeit gegenüber Fehlausrichtungen existiert. In diesem Zusammenhang wird noch einmal auf das in Zusammenhang mit dem fokussierten Ionenstrahlbohren Ausgeführte verwiesen. Die dabei beschriebenen Sub-Stapel entsprechen im Prinzip mehreren Stapeln. Insbesondere kritische Linsenübergänge sollten möglichst zu demselben Plattenstapel gehören, der bevorzugt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassend die Schritte (a) bis (d) hergestellt worden ist.According to a further preferred embodiment of the invention, in a method step (g), the first plate stack and the second or further plate stack are aligned with each other. If several plate stacks are aligned with each other, a high degree of precision is required. However, this subsequent alignment of plate stacks or the apertures located therein is naturally less precise than the process-inherent positioning of the apertures within a plate. ten stack if related apertures have been precisely produced using the same process step. It may therefore be expedient to align plate stacks with one another at transitions between different plate stacks where there is greater electron-optical insensitivity to misalignments. In this context, reference is again made to what was said in connection with focused ion beam drilling. The sub-stacks described therein essentially correspond to several stacks. In particular, critical lens transitions should, if possible, belong to the same plate stack, which has preferably been produced using the process according to the invention comprising steps (a) to (d).
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf eine Mikrooptik für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, die gemäß dem Verfahren wie vorstehend in mehreren Ausführungsvarianten beschrieben, hergestellt worden ist.According to a further aspect of the invention, it relates to a micro-optics for a multi-particle beam system, which has been manufactured according to the method as described above in several embodiments.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf eine Mikrooptik für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, insbesondere für ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop. Dabei weist die Mikrooptik eine erste Multiaperturplatte bestehend aus Metall und eine zweite Multiaperturplatte bestehend aus Metall auf. Für die Aperturdurchmesser A der ersten Multiaperturplatte und der zweiten Multiaperturplatte gilt jeweils A ≥ 150 µm. Des Weiteren gilt für die Dicken C der ersten Multiaperturplatte und der zweiten Multiaperturplatte jeweils: C ≥ 250 µm. Für den Plattenabstand D zwischen der ersten Multiaperturplatte und der zweiten Multiaperturplatte gilt: D ≥ 30 µm.According to a further aspect of the invention, this relates to a micro-optic system for a multi-particle beam system, in particular for a multi-beam particle microscope. The micro-optic system has a first multi-aperture plate made of metal and a second multi-aperture plate made of metal. For the aperture diameters A of the first multi-aperture plate and the second multi-aperture plate, A ≥ 150 µm applies. Furthermore, for the thicknesses C of the first multi-aperture plate and the second multi-aperture plate, C ≥ 250 µm applies. For the plate spacing D between the first multi-aperture plate and the second multi-aperture plate, D ≥ 30 µm applies.
Bei der beschriebenen Mikrooptik handelt es sich also um eine verhältnismäßig große Mikrooptik, die zudem noch aus Metall gefertigt ist. Eine derartige Mikrooptik lässt sich mit den bekannten planaren Integrationstechniken entweder gar nicht oder nur mit erheblichem Zeitaufwand herstellen.The micro-optics described are therefore relatively large and made of metal. Such a micro-optics cannot be manufactured using conventional planar integration techniques, or only with considerable time expenditure.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich diese auf ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, insbesondere auf ein Vielstrahl-Teilchenmikroskop, mit einer Mikrooptik wie vorstehend beschrieben.According to a further aspect of the invention, it relates to a multi-beam particle beam system, in particular to a multi-beam particle microscope, with a micro-optics as described above.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Betrieb des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems an die erste Multiaperturplatte und/oder an die zweite Multiaperturplatte der Mikrooptik eine Spannung U anlegbar mit U ≥ 250 V, bevorzugt U ≥ 300 V oder U ≥ 350 V. Das Anlegen von derart hohen Spannungen an eine Multiaperturplatte ist bei den bekannten Mikrooptiken, die mittels planarer Integrationstechniken hergestellt sind, so normalerweise nicht möglich. Stattdessen kann dort nur mit Spannungen in der Größenordnung von weniger als 200 V gearbeitet werden. Andernfalls kommt es zu Überschlägen zwischen verschiedenen Multiaperturplatten. Bei der Verwendung von den besagten hohen Spannungen von teilweise deutlich mehr als 250 V sind verhältnismäßig große Plattenabstände D notwendig. Mittels aufgewachsener Isolatorschichten wie beispielsweise Siliziumoxid ist dies normalerweise nicht zu leisten, mittels anderer Herstellungsverfahren allerdings schon, denn bei aufwachsenden Verfahren sind die Dicken von Isolatorschichten typischerweise verfahrensbeding limitiert. Dabei ist es dann insbesondere von Vorteil, dass mittels einiger der beschriebenen Herstellungsverfahren bzw. Bohrverfahren gemäß der Erfindung auch Isolatoren durchbohrt werden können (beispielsweise mittels Laserbohren).According to a preferred embodiment of the invention, during operation of the multi-particle beam system, a voltage U with U ≥ 250 V, preferably U ≥ 300 V or U ≥ 350 V, can be applied to the first multi-aperture plate and/or to the second multi-aperture plate of the micro-optics. Applying such high voltages to a multi-aperture plate is normally not possible with known micro-optics manufactured using planar integration techniques. Instead, voltages in the order of magnitude of less than 200 V can be used there. Otherwise, arcing will occur between different multi-aperture plates. When using the aforementioned high voltages, sometimes significantly more than 250 V, relatively large plate spacings D are necessary. This is normally not possible using grown insulator layers such as silicon oxide, but it is possible using other manufacturing processes because, in growing processes, the thicknesses of insulator layers are typically limited due to process requirements. It is then particularly advantageous that insulators can also be drilled through by means of some of the described manufacturing methods or drilling methods according to the invention (for example by means of laser drilling).
Die verschiedenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern hierdurch keine technischen Widersprüche resultieren.The various embodiments and aspects of the invention may be combined in whole or in part, provided that this does not result in technical contradictions.
Die Erfindung wird noch besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
-
1 : zeigt schematisch ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem; -
2 : zeigt schematisch einen Aufbau einer Mikrooptik; -
3 : zeigt schematisch eine Ausrichtungsproblematik bei Multiaperturplatten; -
4 : zeigt schematisch Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Mikrooptik; -
5 : zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; -
6 : zeigt schematisch Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; -
7 : zeigt schematisch Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; -
8 : zeigt schematisch Aspekte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; -
9 : zeigt schematisch Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; -
10 : zeigt schematisch eine Manhattan-Elektrode und eine damit erzeugte Multiaperturplatte; -
11 : zeigt schematisch Multiaperturplatten einer Mikrooptik; -
12 : zeigt schematisch Aspekte eines Herstellungsverfahrens für eine Mikrooptik; -
13 : zeigt ein weiteres Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
-
1 : shows schematically a multi-particle beam system; -
2 : shows schematically a structure of a micro-optics; -
3 : shows schematically an alignment problem with multi-aperture plates; -
4 : shows schematically process steps of a manufacturing process according to the invention for a micro-optic device; -
5 : shows a flow chart of a manufacturing process according to the invention; -
6 : shows schematically process steps of a manufacturing process according to the invention; -
7 : shows schematically process steps of a manufacturing process according to the invention; -
8 : shows schematically aspects of a manufacturing process according to the invention; -
9 : shows schematically process steps of a manufacturing process according to the invention; -
10 : shows schematically a Manhattan electrode and a multi-aperture plate produced with it; -
11 : shows schematically multi-aperture plates of a micro-optics; -
12 : shows schematically aspects of a manufacturing process for a micro-optic device; -
13 : shows another flow chart of a manufacturing process according to the invention.
Die Multiaperturanordnung 305 und die Feldlinse 308 sind dazu konfiguriert, in einer Fläche 321 eine Vielzahl von Fokuspunkten 323 von Primärstrahlen 3 in einer Rasteranordnung zu erzeugen. Die Fläche 321 muss keine ebene Fläche sein, sondern kann eine sphärisch gekrümmte Fläche sein, um eine Bildfeldwölbung des nachfolgenden teilchenoptischen Systems vorzuhalten.The
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 umfasst des Weiteren ein System von elektromagnetischen Linsen 103 und eine Objektivlinse 102, die die Strahlfoki 323 aus der Zwischenbildfläche 325 in die Objektebene 101 verkleinert abbilden. Die ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 passieren dazwischen die Strahlweiche 400 und ein kollektives Strahlablenkungssystem 500, mit welchem die Vielzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 im Betrieb abgelenkt wird und das Bildfeld abgescannt wird. Die in die Objektebene 101 auftreffenden ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 bilden beispielsweise ein im Wesentlichen regelmäßiges Feld, wobei Abstände zwischen benachbarten Auftrefforten 5 beispielsweise 1 µm, 10 µm oder 40 µm betragen können. Das durch die Auftrefforte 5 gebildete Feld kann beispielsweise eine rechteckige oder eine hexagonale Symmetrie aufweisen.The
Das zu untersuchende Objekt 7 kann von einer beliebigen Art sein, beispielsweise ein Halbleiterwafer oder eine biologische Probe, und es kann eine Anordnung miniaturisierter Elemente oder dergleichen umfassen. Die Oberfläche 15 des Objekts 7 ist in der Objektebene 101 der Objektivlinse 102 angeordnet. Die Objektivlinse 102 kann eine oder mehrere elektronenoptische Linsen umfassen. Es kann sich beispielsweise um eine magnetische Objektivlinse und/oder eine elektrostatische Objektivlinse handeln.The
Die auf das Objekt 7 treffenden Primärteilchen 3 generieren Wechselwirkungsprodukte wie beispielsweise 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 bzw. Objektebene 101 ausgehen. Die von der Oberfläche 15 des Objekts 7 ausgehenden Wechselwirkungsprodukte werden durch die Objektivlinse 102 zu sekundären Teilchenstrahlen 9 geformt. Dabei durchsetzen die Sekundärstrahlen 9 nach der Objektivlinse 102 die Strahlweiche 400 und werden einem Projektionssystem 200 zugeführt. Das Projektionssystem 200 verfügt über ein Abbildungssystem 205 mit Projektionslinsen 208, 209 und 210, eine Kontrastblende 214 und einen Multi-Teilchendetektor 207. Auftrefforte 25 der zweiten Einzel-Teilchenstrahlen 9 auf Detektionsbereiche des Multi-Teilchendetektors 207 liegen in einem dritten Feld mit einem regelmäßigen Abstand zueinander. Beispielhafte Werte sind 10 µm, 100 µm und 200 µm.The
Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 weist des Weiteren ein Computersystem oder eine Kontrolleinheit 10 auf, die ihrerseits einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein kann, und das bzw. die sowohl zur Steuerung der einzelnen teilchenoptischen Komponenten des Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1 ausgebildet ist als auch zur Auswertung und Analyse der mit dem Multi-Detektor 207 bzw. der Detektionseinheit gewonnenen Signale.The
Weitergehende Informationen zu solchen Vielstrahl-Teilchenstrahlsystemen bzw. Vielstrahl-Teilchenmikroskopen 1 und darin eingesetzten Komponenten, wie etwa Teilchenquellen, Multiaperturplatte und Linsen, kann aus den internationalen Patentanmeldungen
Die Multiaperturanordnung 305 bildet eine Mikrooptik 305, mittels der im gezeigten Beispiel im Betrieb des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems 1 die Vielzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 zunächst an der ersten der Multiaperturplatten (sog. Filterplatte) erzeugt und an weiteren Multiaperturplatten auch aktiv geformt werden. Die Mikrooptik 305 selbst kann dabei unterschiedlich ausgestaltet sein.The
Die Vielzahl der Multiaperturplatten 304, 306.1, 306.2, 306.3, 306.4 und 310 ist durch Abstandshalter 83.1 bis 83.5 voneinander beabstandet. Des Weiteren ist ein Abstandshalter 86 zwischen der finalen Multiaperturplatte 310 und der globalen Linsenelektrode 307 vorgesehen. Durch Auftreffen eines kollimierten Teilchen- bzw. Elektronenstrahls 309 wird beim Durchgang durch die erste Multiaperturplatte 304, die auch Filterplatte oder Präaperturplatte genannt wird, die Vielzahl der ersten Einzel-Teilchenstrahlen 3 erzeugt. Die Präaperturplatte 304 umfasst eine metallische Schicht 99 auf ihrer Strahleingangsseite zum Stoppen und Absorbieren der darauf auftreffenden Elektronen des Elektronenstrahls 309 um die Vielzahl der Aperturen 85 herum. Das Material der Präaperturplatte 304 ist dabei im gezeigten Beispiel aus einem leitenden Material, z.B. aus dotiertem Silizium, hergestellt und liegt auf Erdpotential.The plurality of
Die nächste Multiaperturplatte ist im gezeigten Beispiel in
Bei den Multiaperturplatten 306.2, 306.3 und 306.4 kann es sich im Prinzip um beliebige Bahnverlaufskorrekturplatten handeln, die monolithisch ausgebildet sind und an denen im gezeigten Beispiel jeweils eine Spannung V1, V2 bzw. V3 anliegt. Es ist auch möglich, dass die Multiaperturplatten 306.2, 306.3 und 306.4 ein Einzellinsen-Array ausbilden. Verschiedene Aperturen 351 in derselben Multiaperturplatte 306.2, 3606.3 und 306.4 können dabei identisch oder verschieden ausgebildet sein, beispielsweise unterschiedliche Durchmesser aufweisen, um bei der Bahnverlaufskorrektur der Einzel-Teilchenstrahlen 3 einer Feldabhängigkeit der Korrektur Rechnung zu tragen.In principle, the multi-aperture plates 306.2, 306.3, and 306.4 can be any monolithic trajectory correction plates to which, in the example shown, a voltage V1, V2, and V3 is applied, respectively. It is also possible for the multi-aperture plates 306.2, 306.3, and 306.4 to form a single-lens array.
Die Multiaperturplatte 310 ist eine zweischichtige Multiaperturplatte und umfasst eine Vielzahl von Ringelektroden 79 für die Vielzahl der Aperturen, wobei jede Ringelektrode konfiguriert ist, um individuell eine Fokalposition des sie durchsetzenden ersten Einzel-Teilchenstrahles 3 zu verändern bzw. zu korrigieren. Die obere Schicht ist dabei von der Schicht bzw. der Lage mit den Ringelektroden 79 isoliert und aus einem leitenden Material wie beispielsweise dotiertem Silizium hergestellt.The
Die Feldlinse 307 umfasst eine Ringelektrode 84, an welche eine hohe Spannung von beispielsweise 3 kV bis 20 kV angelegt werden kann, z.B. 12 kV bis 17 kV. Die Kondensorlinse 307 stellt im gezeigten Beispiel ein globales elektrostatisches Linsenfeld für eine globale Fokussierung der Vielzahl der Einzel-Teilchenstrahlen 3 bereit.The
Die in
Einen Lösungsansatz bietet aber das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren, bei dem zum Einen Platten aus Metall zur Herstellung einer Mikrooptik 305 verwendet werden können und zum Andern auch präzise genug ausgerichtet werden können.
-
4a zeigt zunächst drei Platten 360.1, 360.2 und 360.3 für dieMikrooptik 305, die im dargestellten Beispiel nicht nur leitfähig, sondern aus Metall sind. -
4b zeigt die Anordnung der Platten 360.1, 360.2 und 360.3 relativ zueinander. Dabei sind die Platten 360.1, 360.2 und 360.3 relativ zueinander fixiert und über Abstandshalter 370.1 und 370.2 voneinander elektrisch isoliert. Die Abstandshalter 370.1 und 370.2 können beispielsweise aus Siliziumoxid hergestellt sein. -
4c zeigt nun schematisch das Durchbohren des Plattenstapels mit den Platten 360.1, 360.2 und 360.3 mittels einesBohrmittels 900. Dieses ist in4c nur schematisch dargestellt, die Bohrrichtung ist durch den Pfeil angedeutet. Wichtig ist nun, dass der gesamte Plattenstapel grundsätzlich auf einmal, beim selben Bohrvorgang,mit demselben Bohrmittel 900 durchbohrt wird. -
4d zeigt das Ergebnis des Bohrvorgangs: Die Aperturen 351.1, 351.2 und 351.3 sind perfekt zueinander ausgerichtet und die Mittelpunkte der Aperturen 351.1, 351.2 und 351.3 liegen im gezeigten Beispiel zentral auf der Achse Z. Dabei ist wiederum in4 nur exemplarisch eine Sequenz von Aperturen 351.1, 351.2 und 351.3 dargestellt; selbstredend sind in dem Multiaperturplatten 350.1, 350.2 und 350.3 aber mehrere Aperturen beziehungsweise Sequenzen von Aperturen vorhanden.
-
4a first shows three plates 360.1, 360.2 and 360.3 for the micro-optics 305, which in the example shown are not only conductive but also made of metal. -
4b shows the arrangement of plates 360.1, 360.2, and 360.3 relative to one another. Plates 360.1, 360.2, and 360.3 are fixed relative to one another and electrically insulated from one another by spacers 370.1 and 370.2. Spacers 370.1 and 370.2 can be made of silicon oxide, for example. -
4c now shows schematically the drilling of the plate stack with the plates 360.1, 360.2 and 360.3 using adrilling tool 900. This is in4c Only shown schematically; the drilling direction is indicated by the arrow. It is important that the entire stack of plates is drilled through at once, in the same drilling process, using the same 900 mm drill bit. -
4d shows the result of the drilling process: The apertures 351.1, 351.2 and 351.3 are perfectly aligned with each other and the centers of the apertures 351.1, 351.2 and 351.3 are located centrally on the Z axis in the example shown.4 Only one sequence of apertures 351.1, 351.2 and 351.3 is shown as an example; of course, the multi-aperture plates 350.1, 350.2 and 350.3 contain several apertures or sequences of apertures.
Außerdem ist es denkbar, dass mittels des Bohrmittels 900 nicht nur die Platten 360.1, 360.2 und 360.3 durchbohrt werden, sondern auch isolierende Platten oder Schichten. Ob dies möglich ist, hängt lediglich vom verwendeten Bohrverfahren ab.Furthermore, it is conceivable that drilling means 900 could be used to drill not only through plates 360.1, 360.2, and 360.3, but also through insulating plates or layers. Whether this is possible depends solely on the drilling method used.
In einem Verfahrensschritt S2 erfolgt das Bereitstellen einer zweiten Platte 360.2 der Mikrooptik 305, die elektrisch leitfähig ist.In a method step S2, a second plate 360.2 of the micro-optics 305, which is electrically conductive, is provided.
In einem Verfahrensschritt S3 erfolgt das Erzeugen eines Plattenstapels: Das Erzeugen eines Plattenstapels umfasst dabei das Stapeln der ersten Platte 360.1 der Mikrooptik 305 und der zweiten Platte 360.2 der Mikrooptik 305 übereinander, wobei die erste Platte 360.1 der Mikrooptik 305 und die zweite Platte 360.2 der Mikrooptik 305 in dem Plattenstapel relativ zueinander fixiert werden und voneinander elektrisch isoliert werden. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von isolierenden Abstandshaltern 370.1, 370.2 realisiert werden.In a method step S3, a plate stack is created. Creating a plate stack comprises stacking the first plate 360.1 of the micro-optics 305 and the second plate 360.2 of the micro-optics 305 one above the other, wherein the first plate 360.1 of the micro-optics 305 and the second plate 360.2 of the micro-optics 305 are fixed relative to one another in the plate stack and are electrically insulated from one another. This can be achieved, for example, by using insulating spacers 370.1, 370.2.
Sodann erfolgt in einem Verfahrensschritt S4 das Durchbohren des gesamten erzeugten Plattenstapels mit mindestens der ersten Platte 360.1 und der zweiten Platte 360.2 der Mikrooptik 305 und dadurch das Erzeugen sowohl einer ersten Vielzahl von Aperturen 351.1 in der ersten Platte 360.1 der Mikrooptik 305 als auch einer zweiten Vielzahl von Aperturen 351.2 in der zweiten Platte 360.2 der Mikrooptik 305. Dadurch ist die beim selben Bohrvorgang erzeugte Sequenz von Aperturen 350.1, 350.2 in den Platten 360.1, 360.2 des Plattenstapels exakt zueinander ausgerichtet, und zwar Prozess-inhärent. Optional kann der Plattenstapel des Weiteren mindestens eine weitere und somit zumindest eine dritte Platte 360.3 der Mikrooptik 305 aufweisen, die elektrisch leitfähig ist. Dabei ist die dritte Platte 360.3 der Mikrooptik 305 relativ zu der ersten Platte 360.1 der Mikrooptik 305 und der zweiten Platte 360.2 der Mikrooptik 305 fixiert und zu diesen elektrisch isoliert. Auch die dritte Platte der Mikrooptik 305 wird beim Durchführen des Verfahrensschrittes S4 mit durchbohrt, sodass dadurch eine dritte Vielzahl von Aperturen 351.3 in der dritten Platte 360.3 der Mikrooptik 305 erzeugt wird. Eine oder mehrere der genannten Platten der Mikrooptik 305 kann aus einem Metall bestehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen sämtliche durchbohrten Platten aus Metall. Es ist aber auch möglich, dass zusätzlich zu den leitfähigen Platten andere Platten vorgesehen sind, die nicht leitfähig sind, sondern aus einem isolierenden Material, beispielsweise aus Siliziumdioxid, bestehen.Then, in a method step S4, the entire produced plate stack is drilled through with at least the first plate 360.1 and the second plate 360.2 of the micro-optics 305, thereby creating both a first plurality of apertures 351.1 in the first plate 360.1 of the micro-optics 305 and a second plurality of apertures 351.2 in the second plate 360.2 of the micro-optics 305. As a result, the sequence of apertures 350.1, 350.2 in the plates 360.1, 360.2 of the plate stack created during the same drilling process is precisely aligned with one another, in a process-inherent manner. Optionally, the plate stack can further comprise at least one further and thus at least one third plate 360.3 of the micro-optics 305, which is electrically conductive. The third plate 360.3 of the micro-optics 305 is fixed relative to the first plate 360.1 of the micro-optics 305 and the second plate 360.2 of the micro-optics 305 and is electrically insulated from them. The third plate of the micro-optics 305 is also drilled through when method step S4 is carried out, so that a third plurality of apertures 351.3 is thereby created in the third plate 360.3 of the micro-optics 305. One or more of the mentioned plates of the micro-optics 305 can be made of a metal. According to a preferred embodiment of the invention, all drilled plates are made of metal. However, it is also possible that, in addition to the conductive plates, other plates are provided which are not conductive but consist of an insulating material, for example silicon dioxide.
Das Durchbohren des Plattenstapels gemäß Verfahrensschritt S4 kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen: Beispiele für die Bohrverfahren sind beispielsweise Laserbohren, Bohren mittels Mikro-EDM, mechanisches Hochgeschwindigkeits-Mikro-Bohren, Vibrationsbohren, Ultraschallbohren oder die Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls (FIB). Hinsichtlich der Details zu diesen Verfahren wird auf die Ausführungen beim allgemeinen Beschreibungsteil der Erfindung verwiesen.The drilling of the plate stack according to method step S4 can be carried out in various ways: Examples of drilling methods include laser drilling, drilling using micro-EDM, mechanical high-speed micro-drilling, vibration drilling, ultrasonic drilling, or the use of a focused ion beam (FIB). For details on these methods, reference is made to the explanations in the general description of the invention.
Optional kann in einem weiteren Verfahrensschritt S5 das Spülen des Plattenstapels und ein Entfernen von Bohrmaterial durch Spüllöcher in der ersten Platte 360.1 der Mikrooptik 305 und in der zweiten Platte 306.2 der Mikrooptik 305 erfolgen. Dabei kann für einen Durchmesser S der Spüllöcher in Relation zum Durchmesser A der Aperturen in der ersten Platte 306.1 der Mikrooptik 305 und in der zweiten Platte 306.2 der Mikrooptik 305 die Relation gelten: D ≥ 10A, bevorzugt D ≥ 100A.Optionally, in a further method step S5, the plate stack can be rinsed and drilling material removed through rinsing holes in the first plate 306.1 of the micro-optics 305 and in the second plate 306.2 of the micro-optics 305. For a diameter S of the rinsing holes in relation to the diameter A of the apertures in the first plate 306.1 of the micro-optics 305 and in the second plate 306.2 of the micro-optics 305, the following relation can apply: D ≥ 10A, preferably D ≥ 100A.
Ein abgewandeltes Herstellungsverfahren für eine Mikrooptik 305 eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems 1 ist in dem Flussdiagramm in
- Konkret werden zunächst drei an sich nichtleitende Platten 360 für die
Mikrooptik 305 bereitgestellt. Die Platten 360 können ein isolierendes Material als Grundmaterial, beispielsweise eine Keramik als Grundmaterial, aufweisen. In diesen Platten 360 können nun Grob-Aperturen 361 ausgebildet werden. Die Grob-Aperturen 361 sind größer als die final herzustellenden Aperturen 362der Mikrooptik 305.
- Specifically, three inherently non-conductive plates 360 are initially provided for the micro-optics 305. The plates 360 can have an insulating material as the base material, for example, a ceramic. Coarse apertures 361 can then be formed in these plates 360. The coarse apertures 361 are larger than the final apertures 362 of the micro-optics 305.
In einem weiteren Verfahrensschritt (vgl.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Platten 360.1, 360.2 und 360.3 mit den metallisierten Grob-Aperturen 361 relativ zueinander fixiert und zueinander elektrisch isoliert angeordnet. Dabei können die Abstandshalter 370.1 und 370.2 elektrisch isolierend sein, sie müssen es aber nicht zwangsweise, da das Plattenmaterial der Platten 360.1, 360.2 und 360.3 als Keramik bereits ausreichend isolierend sein kann. Die Öffnungen 363.1, 363.2 und 363.3 sind nicht perfekt zueinander ausgerichtet. Dies müssen sie zu diesem Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens aber auch noch nicht sein:
- Wie in
6e dargestellt, erfolgt nämlich anschließend das Durchbohren der metallisierten Grob-Aperturen 361 beziehungsweise der leitenden Bereiche 362.1, 362.2 und 362.3. In6e ist dazu schematisch wiederumein Bohrmittel 900 und dessen Bewegungsrichtung angedeutet.
- As in
6e As shown, the metallized coarse apertures 361 and the conductive areas 362.1, 362.2 and 362.3 are subsequently drilled.6e For this purpose, a drilling means 900 and its direction of movement are again indicated schematically.
Dadurch werden - wie in
Mittels des in
Der dargestellte Plattenstapel soll nach dem Durchbohren des gesamten Plattenstapels die Funktionalität beispielsweise einer Einzellinse aufweisen. Aus diesem Grund sind in
Bei einem Durchbohren des Plattenstapels kann nun mittels des fokussierten Ionenstrahls beim selben Bohrvorgang von oben beginnend zunächst die oberste Membran 360.1, dann die nächste Membran 360.2 und so weiter durchbohrt werden, und zwar wiederum im Prinzip im selben Verfahrensschritt beziehungsweise ohne dass die Position der FIB-Säule verändert werden müsste, jedenfalls nicht in x-Richtung oder y-Richtung, das heißt die x,y-Positionen der FIB-Säule und damit auch die x,y-Positionen der zu erzeugenden Aperturen 351 sind festgelegt. Die Tatsache, dass nur die dünnen Membranabschnitte jeweils mit der Höhe h durchbohrt werden müssen, kann der Tatsache Rechnung tragen, dass ein fokussierter Ionenstrahl nur eine verhältnismäßig geringe Schärfentiefe aufweist und deshalb nur verhältnismäßig dünne Schichten durchbohren kann. Das Durchbohren des gesamten Plattenstapels wie in
Für Fälle, in denen der Plattenstapel insgesamt eine größere Höhe aufweist und die geringe Tiefenschärfe des fokussierten Ionenstrahls zum Problem wird, stellt der in
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Vielzahl der Aperturen in den Platten eines Plattenstapels sukzessive erzeugt werden. Es ist aber auch möglich, dass die Vielzahl der Aperturen in den Platten zumindest teilweise gleichzeitig erzeugt werden. Ein Beispiel hierfür zeigt
Die in
Bei allen in
Grundsätzlich gilt, dass die Form der Aperturen 351 in den Platten 360, 350 des Plattenstapels rund, elliptisch, n-zählig oder unregelmäßig geformt sein kann. Die Aperturen selbst sind bevorzugt mittels eines Rasters, beispielsweise mittels eines hexagonalen Rasters angeordnet. Sie können aber auch beispielsweise in einem quadratischen oder rechteckigen Raster angeordnet sein.In principle, the shape of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weisen einander benachbarte Aperturen 351 in den Platten des Plattenstapels einen Abstand B auf, für den gilt: 70 µm ≤ B ≤ 400 µm, bevorzugt 90 µm ≤ B ≤ 400 µm oder 120 µm ≤ B ≤ 400 µm.According to one embodiment,
Für eine Dicke C einer Platte 360, 350 des Plattenstapels kann beispielsweise gelten: 20 µm ≤ C ≤ 500 µm, bevorzugt 150 µm ≤ C ≤ 500 µm oder 250 µm ≤ C ≤ 500 µm.For a thickness C of a
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann für einen Plattenabstand D von zueinander benachbarten Platten 350, 360 des Plattenstapels gelten: 1 µm ≤ D ≤ 100 µm, bevorzugt 20 µm ≤ D ≤ 100 µm oder 40 µm ≤ D ≤ 100 µm.According to one embodiment, the following applies to a plate spacing D between
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gilt für eine Gesamthöhe H des Plattenstapels folgende Relation: 50 µm ≤ H ≤ 1000 µm, bevorzugt 300 µm ≤ H ≤ 1000 µm oder 500 µm ≤ H ≤ 1000 µm. Unter der Gesamthöhe H des Plattenstapels wird dabei diejenige Höhe des Plattenstapels verstanden, die gleichzeitig mittels eines Bohrmittels 900 durchbohrt wird. Natürlich kann die Mikrooptik 305 noch mindestens einen zweiten oder mindestens einen weiteren Plattenstapel aufweisen. Es ist möglich, dass der zweite oder weitere Plattenstapel der Mikrooptik ebenfalls mittels des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt wird. Es ist aber auch möglich, dass der zweite oder weitere Plattenstapel der Mikrooptik 305 mittels anderer Verfahren, beispielsweise mittels Planartechnik und/oder lithografischer Verfahren erzeugt wird. Der zweite oder weitere Plattenstapel kann dann relativ zu dem ersten Plattenstapel ausgerichtet werden.According to one embodiment of the invention, the following relationship applies to a total height H of the plate stack: 50 µm ≤ H ≤ 1000 µm, preferably 300 µm ≤ H ≤ 1000 µm or 500 µm ≤ H ≤ 1000 µm. The total height H of the plate stack is understood to be the height of the plate stack that is simultaneously drilled through by a drilling means 900. Of course, the micro-optics 305 can also have at least a second or at least one further plate stack. It is possible for the second or further plate stack of the micro-optics to also be produced by means of the described method according to the invention. However, it is also possible for the second or further plate stack of the micro-optics 305 to be produced by other methods, for example by means of planar technology and/or lithographic methods. The second or further plate stack can then be aligned relative to the first plate stack.
Bei einer entsprechend großen Dimensionierung der Mikrooptik 305, beispielsweise bei einem Aperturdurchmesser A mit A ≥ 150 µm, einer Dicke C der Multiaperturplatten 350 mit C ≥ 250 µm und einem Plattenabstand D zwischen den Multiaperturplatten 350 von D ≥ 30 µm kann eine verhältnismäßig große Mikrooptik 305 bereitgestellt werden. An dieser verhältnismäßig großen Mikrooptik 305 können verhältnismäßig große Spannungen U im Betrieb eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems angelegt werden, beispielsweise U ≥ 250 V, bevorzugt U ≥ 300 V und U ≥ 350 V. Dies ist insbesondere bei Vielzahl-Teilchenstrahlsystemen, die mit einer großen Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen 3 arbeiten, von großem Vorteil, da bei solchen Systemen die Feldabhängigkeit von Abbildungsfehlern, beispielsweise eine Bildfeldkrümmung oder ein Bildfeldastigmatismus, gerade in Randbereichen einer Vielzahl-Teilchenstrahlanordnung eines großen Rasters besonders groß ist.With a correspondingly large dimensioning of the micro-optics 305, for example with an aperture diameter A with A ≥ 150 µm, a thickness C of the
Konkret kann in einem ersten Verfahrensschritt die Negativform als solche vorgesehen werden. Diese kann beispielsweise eine Manhattan-artige Struktur aufweisen, die die spätere Position von Aperturen 911 definiert. Außerdem können durch diese Negativform auch individuelle Elektroden wie beispielsweise Ringelektroden oder Leitungen zur Zuführung von Spannung an die Elektroden vorgesehen werden. Diese zentrale Negativform, die zumindest die Dimensionen von späteren Aperturen 911 definiert, kann auf verschiedene Weise ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es sich um Fotolack, Siliciumdioxid, geätztes Metall (Lidar-Prozess) um beschichtetes Metall (für Abscheidungszwecke) und so weiter handeln. In
Nach der Bereitstellung dieser Grundstruktur inklusive der Negativform 910 können verschiedene Schichten auf dem Substrat 390 abgeschieden werden. Im gezeigten Beispiel kann beispielsweise eine erste metallische Schicht 392 auf dem Substrat 390 abgeschieden werden, beispielsweise mittels Sputtern oder mittels Sputtern und Elektroplattieren.After providing this basic structure, including the negative mold 910, various layers can be deposited on the substrate 390. In the example shown, for example, a first metallic layer 392 can be deposited on the substrate 390, for example by sputtering or by sputtering and electroplating.
Anschließend wird eine weitere Schicht 393 auf der leitenden Schicht 392 abgeschieden. Grundsätzlich handelt es sich dabei um eine isolierende Schicht 393. Diese kann entweder von Beginn an bereits isolierend sein (zum Beispiel Abscheiden eines Isolators wie Siliciumdioxid via Sputtern), oder die Schicht kann zunächst galvanisch abgeschieden und dann durch eine Hitzebehandlung ihre ursprünglich vorhandene elektrische Leitfähigkeit verlieren und zum Isolator werden. Elektrolytische Prozesse von Isolatoren sind im Prinzip aus dem Stand der Technik in anderem Zusammenhang bekannt.Subsequently, another layer 393 is deposited on the conductive layer 392. This layer is essentially an insulating layer 393. This layer can either be insulating from the outset (for example, deposition of an insulator such as silicon dioxide via sputtering), or the layer can be initially deposited electroplated and then, through heat treatment, lose its original electrical conductivity and become an insulator. Electrolytic processes for insulators are, in principle, known from the prior art in other contexts.
Die beschriebenen Abscheideprozesse von leitenden und nichtleitenden Schichten im Wechsel können wiederholt werden. Im gezeigten Beispiel wird dann eine metallische Schicht 394 abgeschieden, darauf folgend wird eine weitere isolierende Schicht 395 abgeschieden, es folgt dann eine weitere metallische Schicht 396 und so weiter. Am Ende des Verfahrens wird dann die Negativform 910 entfernt: Dies ist in
Der Kunstgriff, bei dem Isolatoren im Prinzip galvanisch aufgebracht werden und erst bei einer Hitzebehandlung oder beim Ausbacken zum Isolator werden, hat den Vorteil, dass im Prinzip sämtliche Schichten 392 bis 396 galvanisch aufgebracht werden können. Dies ist in der Prozessführung einfacher, ein eventueller Maschinenwechsel beim Aufbringen verschiedener Schichten kann entfallen. Auch der Umgang mit Verunreinigungen ist bei galvanischen Prozessen unproblematischer als bei Sputterprozessen.The technique, in which insulators are essentially applied electrolytically and only become insulators upon heat treatment or baking, has the advantage that, in principle, all layers 392 to 396 can be applied electrolytically. This simplifies the process, eliminating the need for machine changes when applying different layers. Contamination is also less problematic with electroplating processes than with sputtering processes.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht einschränkend für die Erfindung zu verstehen, sondern dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung. Sie können ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden, sofern dadurch keine technischen Widersprüche resultieren.The exemplary embodiments described above are not intended to limit the invention, but merely serve to improve understanding of the invention. They may be combined in whole or in part, provided that no technical contradictions result.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, Vielstrahl-TeilchenmikroskopMulti-beam particle system, multi-beam particle microscope
- 33
- primäre Teilchenstrahlen, erste Einzel-Teilchenstrahlenprimary particle beams, first single particle beams
- 55
- Strahlflecken, AuftrefforteBeam spots, impact points
- 77
- Objekt, Probe, Waferobject, sample, wafer
- 99
- sekundäre Teilchenstrahlen, zweite Einzel-Teilchenstrahlensecondary particle beams, second single particle beams
- 1010
- Computersystem, SteuerungComputer system, control
- 1515
- Probenoberfläche, WaferoberflächeSample surface, wafer surface
- 2525
- Bildpunkt eines zweiten Einzel-TeilchenstrahlsImage point of a second single particle beam
- 8181
- Multipol-ElektrodeMultipole electrode
- 8282
- RingelektrodeRing electrode
- 8383
- Abstandshalterspacers
- 8484
- RingelektrodeRing electrode
- 8585
- Aperturaperture
- 8686
- Abstandshalterspacers
- 9999
- Absorbierende und leitende SchichtAbsorbing and conductive layer
- 101101
- ObjektebeneObject level
- 102102
- Objektivlinseobjective lens
- 103103
- Feldlinsefield lens
- 105105
- Achseaxis
- 108108
- Strahlüberkreuzung, Cross-OverBeam crossing, cross-over
- 200200
- Detektorsystemdetector system
- 205205
- ProjektionslinsensystemProjection lens system
- 206206
- ProjektionslinseProjection lens
- 207207
- Multi-TeilchendetektorMulti-particle detector
- 208208
- ProjektionslinseProjection lens
- 209209
- ProjektionslinseProjection lens
- 210210
- ProjektionslinseProjection lens
- 212212
- Strahlüberkreuzung, Cross-OverBeam crossing, cross-over
- 214214
- Aperturfilter, KontrastblendeAperture filter, contrast diaphragm
- 222222
- Kollektives Anti-DeflektionssystemCollective anti-deflection system
- 300300
- StrahlerzeugungsvorrichtungBeam generating device
- 301301
- TeilchenquelleParticle source
- 303303
- KollimationslinsensystemCollimation lens system
- 304304
- Multiapertur-Array, FilterplatteMulti-aperture array, filter plate
- 305305
- Mikrooptik, Multiaperturanordnung, Vielstrahl-TeilchengeneratorMicrooptics, multi-aperture array, multi-beam particle generator
- 306306
- MultiaperturplatteMulti-aperture plate
- 307307
- Feldlinse, AperturplatteField lens, aperture plate
- 308308
- Feldlinsefield lens
- 309309
- Teilchenstrahlparticle beam
- 310310
- MultiaperturplatteMulti-aperture plate
- 321321
- ZwischenbildebeneIntermediate image plane
- 323323
- StrahlfokiBeam foci
- 333333
- HaltebereichHolding area
- 335335
- MembranbereichMembrane area
- 350350
- MultiaperturplatteMulti-aperture plate
- 351351
- Aperturaperture
- 360360
- Platteplate
- 361361
- Grob-AperturCoarse aperture
- 362362
- leitfähiger Bereichconductive area
- 363363
- Öffnung im leitfähigen BereichOpening in the conductive area
- 370370
- Abstandshalterspacers
- 380380
- RahmenbereichFrame area
- 381381
- MembranbereichMembrane area
- 382382
- Hohlraumcavity
- 390390
- Waferwafers
- 391391
- Metallische SchichtMetallic layer
- 392392
- Schichtlayer
- 393393
- Schichtlayer
- 394394
- Schichtlayer
- 395395
- Schichtlayer
- 396396
- Schichtlayer
- 910910
- Negativform, FotolackNegative form, photoresist
- 400400
- Strahlweiche, MagnetanordnungBeam switch, magnet arrangement
- 500500
- Scan-AblenkerScan deflector
- 600600
- Verfahrtisch oder PositioniereinrichtungTravel table or positioning device
- 900900
- BohrmittelDrilling media
- 901901
- BasiselementBasic element
- 902902
- Elektrode vom Manhattan-TypManhattan-type electrode
- ZZ
- Achseaxis
- MM
- MittelpunktCenter
- HH
- Höhe RahmenabschnittHeight of frame section
- hh
- Höhe MembranHeight of membrane
- xx
- RichtungDirection
- yy
- RichtungDirection
- zz
- RichtungDirection
- II
- LängsachseLongitudinal axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents submitted by the applicant was generated automatically and is included solely for the convenience of the reader. This list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
US 7 244 949 B2 [0004]
US 7 244 949 B2 [0004] - US 2019/0355544 A1 [0004]US 2019/0355544 A1 [0004]
- WO 2005 / 024881 A2 [0065]WO 2005 / 024881 A2 [0065]
- WO 2007 / 028595 A2 [0065]WO 2007 / 028595 A2 [0065]
- WO 2007 / 028596 A1 [0065]WO 2007 / 028596 A1 [0065]
- WO 2011 / 124352 A1 [0065]WO 2011 / 124352 A1 [0065]
- WO 2007 / 060017 A [0065]WO 2007 / 060017 A [0065]
-
DE 10 2013 016 113 A1 [0065]
DE 10 2013 016 113 A1 [0065] -
DE 10 2013 014 976 A1 [0065]
DE 10 2013 014 976 A1 [0065]
Claims (28)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023133567.7A DE102023133567A1 (en) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | Method for producing a micro-optics for a multi-particle beam system, micro-optics and multi-particle beam system |
| PCT/EP2024/025330 WO2025113824A1 (en) | 2023-11-30 | 2024-11-29 | Method for producing a micro-optical unit for a multiple particle beam system, micro-optical unit and multiple particle beam system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023133567.7A DE102023133567A1 (en) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | Method for producing a micro-optics for a multi-particle beam system, micro-optics and multi-particle beam system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102023133567A1 true DE102023133567A1 (en) | 2025-06-05 |
Family
ID=93840892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102023133567.7A Pending DE102023133567A1 (en) | 2023-11-30 | 2023-11-30 | Method for producing a micro-optics for a multi-particle beam system, micro-optics and multi-particle beam system |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102023133567A1 (en) |
| WO (1) | WO2025113824A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025113824A1 (en) | 2023-11-30 | 2025-06-05 | Carl Zeiss Multisem Gmbh | Method for producing a micro-optical unit for a multiple particle beam system, micro-optical unit and multiple particle beam system |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4794444B2 (en) | 2003-09-05 | 2011-10-19 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | Particle optical system and apparatus, and particle optical component for such system and apparatus |
| EP1943661B1 (en) | 2005-09-06 | 2012-02-08 | Carl Zeiss SMT GmbH | Charged particle inspection method and charged particle system |
| EP1966815B1 (en) | 2005-11-28 | 2010-04-14 | Carl Zeiss SMT AG | Particle-optical component |
| JP2007266525A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Canon Inc | Charged particle beam lens array, and charged particle beam exposure apparatus using the charged particle beam lens array |
| US9336981B2 (en) | 2010-04-09 | 2016-05-10 | Applied Materials Israel Ltd. | Charged particle detection system and multi-beamlet inspection system |
| DE102013014976A1 (en) | 2013-09-09 | 2015-03-12 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Particle-optical system |
| DE102013016113B4 (en) | 2013-09-26 | 2018-11-29 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Method for detecting electrons, electron detector and inspection system |
| US9406535B2 (en) * | 2014-08-29 | 2016-08-02 | Lam Research Corporation | Ion injector and lens system for ion beam milling |
| EP3602600A1 (en) | 2017-03-20 | 2020-02-05 | Carl Zeiss Microscopy GmbH | Charged particle beam system and method |
| DE102023133567A1 (en) | 2023-11-30 | 2025-06-05 | Carl Zeiss Multisem Gmbh | Method for producing a micro-optics for a multi-particle beam system, micro-optics and multi-particle beam system |
-
2023
- 2023-11-30 DE DE102023133567.7A patent/DE102023133567A1/en active Pending
-
2024
- 2024-11-29 WO PCT/EP2024/025330 patent/WO2025113824A1/en active Pending
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| C. Klein et al., 50 keV electron-beam projection maskless lithography (PML2): results obtained with 2,500 programmable 12.5-nm sized beams, Alternative Lithographic Technologies II. Vol. 7637, SPIE, 2010. * |
| K. Reimer et al., Mask manufacture for projection mask-less lithography (PML2): MEMS-technology for a programmable aperture plate system, 21st European Mask and Lithography Conference, Vol. 5835, SPIE, 2005 * |
| M. Mohaupt et al., Assembly of an aperture plate system for projection mask-less lithography, Microelectronic engineering 83 (2006), S. 980 - 983 * |
| S. Kapl et al., Characterization of CMOS programmable multi-beam blanking arrays as used for programmable multi-beam projection lithography and resistless nanopatterning, Journal of Micromechanics and Microengineering 21 (2011), 045038, S. 1 - 8 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2025113824A1 (en) | 2023-11-30 | 2025-06-05 | Carl Zeiss Multisem Gmbh | Method for producing a micro-optical unit for a multiple particle beam system, micro-optical unit and multiple particle beam system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025113824A1 (en) | 2025-06-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3861565B1 (en) | Method for operating a multi-beam particle beam system | |
| EP1385193B9 (en) | Objective lens for an electron microscopy system, and electron microscopy system | |
| DE102020125534B3 (en) | Multiple particle beam microscope and associated process with fast autofocus at an adjustable working distance | |
| DE102018202421B3 (en) | Multibeam particle beam | |
| DE102019004124B4 (en) | Particle beam system for the azimuthal deflection of individual particle beams and its use and method for azimuth correction in a particle beam system | |
| DE602006000278T2 (en) | Multiple round milling for sample production | |
| EP2132550B1 (en) | Method for the production of a sample for electron microscopy | |
| WO2008071303A2 (en) | Particle-optical arrangement | |
| DE102021105201B4 (en) | Multiplicity particle beam microscope and associated method with fast autofocus with special designs | |
| DE102021118561B4 (en) | Method for operating a multi-beam particle microscope with fast beam current control, computer program product and multi-beam particle microscope | |
| WO2021018327A1 (en) | Particle beam system and use thereof for flexibly adjusting the current intensity of individual particle beams | |
| DE69315758T2 (en) | Implantation device using a focused ion beam | |
| DE60034559T2 (en) | BEAM ELECTRON BEAM LITHOGRAPHY DEVICE WITH DIFFERENT BEAM DISPLAYS | |
| DE2647254C2 (en) | Arrangement for irradiating a target with a charged particle beam and use | |
| DE60105199T2 (en) | SEM WITH A SECONDARY ELECTRODE DETECTOR WITH A CENTRAL ELECTRODE | |
| US8907296B2 (en) | Charged particle beam system aperture | |
| DE3933317A1 (en) | COLUMN FOR GENERATING A FOCUSED ION RAY | |
| WO2025113824A1 (en) | Method for producing a micro-optical unit for a multiple particle beam system, micro-optical unit and multiple particle beam system | |
| DE102023120127B4 (en) | Particle-optical arrangement, in particular multi-beam particle microscope, with a magnet arrangement for separating a primary and a secondary particle-optical beam path with improved performance | |
| DE102007010462B4 (en) | Method for producing a particle beam source | |
| DE102024100717B3 (en) | Multi-particle beam system with extended maintenance interval | |
| DE102023126510B3 (en) | Monolithic multi-aperture plate for a multi-beam electron beam system, method for producing a monolithic multi-aperture plate, and multi-beam electron beam system with a monolithic multi-aperture plate | |
| DE102024105793B3 (en) | Manufacturing process for a monolithic multi-aperture plate and monolithic multi-aperture plate for a multi-beam electron beam system | |
| DE102020115183A1 (en) | Particle beam system with multi-source system | |
| DE102023101774B4 (en) | Method for designing a multi-beam particle beam system with monolithic trajectory correction plates, computer program product and multi-beam particle beam system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01J0037100000 Ipc: H01J0037090000 |
|
| R016 | Response to examination communication |