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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 PDF

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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
Application number
DE102023133567.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Benedikt TRATZMILLER
Christian Veit
Michael Schall
Marcus Kaestner
Alexander Huebel
Dirk Zeidler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Zeiss Multisem GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss Multisem GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carl Zeiss Multisem GmbH filed Critical Carl Zeiss Multisem GmbH
Priority to DE102023133567.7A priority Critical patent/DE102023133567A1/en
Priority to PCT/EP2024/025330 priority patent/WO2025113824A1/en
Publication of DE102023133567A1 publication Critical patent/DE102023133567A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/10Lenses
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/10Lenses
    • H01J2237/12Lenses electrostatic
    • H01J2237/1205Microlenses

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 US 7 244 949 B2 und in US 2019/0355544 A1 offenbart. In einem Mehrstrahl-Elektronenmikroskop oder MSEM wird eine Probe mit einer Vielzahl von Einzel-Elektronenstrahlen, die in einem Feld oder Raster angeordnet sind, gleichzeitig bestrahlt. Es können beispielsweise 4 bis 10000 Einzel-Elektronenstrahlen als Primärstrahlung vorgesehen sein, wobei jeder Einzel-Elektronenstrahl durch einen Abstand von 1 bis 200 Mikrometern von einem benachbarten Einzel-Elektronenstrahl getrennt ist. Zum Beispiel hat ein MSEM ungefähr 100 getrennte Einzel-Elektronenstrahlen (engl. „beamlets“), die beispielsweise in einem hexagonalen Raster angeordnet sind, wobei die Einzel-Elektronenstrahlen durch einen Abstand von ungefähr 10 µm getrennt sind. Die Vielzahl von geladenen Einzel-Teilchenstrahlen (Primärstrahlen) wird durch eine gemeinsame Objektivlinse auf eine Oberfläche einer zu untersuchenden Probe fokussiert. Die Probe kann zum Beispiel ein Halbleiterwafer sein, der an einem Waferhalter befestigt ist, der auf einem beweglichen Tisch montiert ist. Während der Beleuchtung der Waferoberfläche mit den geladenen primären Einzel-Teilchenstrahlen gehen Wechselwirkungsprodukte, z.B. Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen, von der Oberfläche des Wafers aus. Ihre Startpunkte entsprechen den Orten auf der Probe, auf die die Vielzahl von primären Einzel-Teilchenstrahlen jeweils fokussiert ist. Die Menge und Energie der Wechselwirkungsprodukte hängt von der Materialzusammensetzung und der Topographie der Waferoberfläche ab. Die Wechselwirkungsprodukte bilden mehrere sekundäre Einzel-Teilchenstrahlen (Sekundärstrahlen), die von der gemeinsamen Objektivlinse gesammelt und durch ein Projektionsabbildungssystem des Mehrstrahlinspektionssystems auf einen Detektor treffen, der in einer Detektionsebene angeordnet ist. Der Detektor umfasst mehrere Detektionsbereiche, von denen jeder mehrere Detektionspixel umfasst, und der Detektor erfasst eine Intensitätsverteilung für jeden der sekundären Einzel-Teilchenstrahlen. Dabei wird ein Bildfeld von beispielsweise 100 µm × 100 µm erhalten.A recent development in the field of charged particle microscopes (CPM) is the MSEM, a multi-beam scanning electron microscope. A multi-beam scanning electron microscope is, for example, US 7 244 949 B2 and in US 2019/0355544 A1 disclosed. In a multibeam electron microscope, or MSEM, a sample is simultaneously irradiated with a plurality of single electron beams arranged in a field or grid. For example, 4 to 10,000 single electron beams can be provided as primary radiation, with each single electron beam separated from a neighboring single electron beam by a distance of 1 to 200 micrometers. For example, an MSEM has approximately 100 separate single electron beams (beamlets), arranged, for example, in a hexagonal grid, with the single electron beams separated by a distance of approximately 10 µm. The plurality of charged single particle beams (primary beams) are focused by a common objective lens onto a surface of a sample to be examined. The sample can be, for example, a semiconductor wafer attached to a wafer holder mounted on a movable stage. During the illumination of the wafer surface with the charged primary single-particle beams, interaction products, e.g., secondary electrons or backscattered electrons, emanate from the wafer surface. Their starting points correspond to the locations on the sample at which the plurality of primary single-particle beams are focused. The quantity and energy of the interaction products depend on the material composition and the topography of the wafer surface. The interaction products form multiple secondary single-particle beams (secondary beams), which are collected by the common objective lens and, through a projection imaging system of the multi-beam inspection system, impinge on a detector arranged in a detection plane. The detector comprises multiple detection areas, each of which comprises multiple detection pixels, and the detector records an intensity distribution for each of the secondary single-particle beams. an image field of, for example, 100 µm × 100 µm is obtained.

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. (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. (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.
The present invention is essentially based on two fundamental findings:
  1. (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. (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:

  1. (a) Bereitstellen einer ersten Platte der Mikrooptik, die elektrisch leitfähig ist;
  2. (b) Bereitstellen einer zweiten Platte der Mikrooptik, die elektrisch leitfähig ist;
  3. (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
  4. (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.
According to a first aspect of the invention, the invention relates to a method for manufacturing a micro-optics for a multi-particle beam system, comprising the following steps:
  1. (a) providing a first plate of the micro-optics which is electrically conductive;
  2. (b) providing a second plate of the micro-optics which is electrically conductive;
  3. (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
  4. (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 patent claim 1, the term "multi-aperture plate" is not used, but rather refers to a first micro-optic plate and a second micro-optic plate. This is due to the fact that the apertures in the first plate and in the second plate are only formed during the manufacturing process.

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.
According to a further preferred embodiment of the invention, the method further comprises the following steps:
  • 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:

  1. (e) Erzeugen einer Vielzahl von Grob-Aperturen in der mindestens einen Platte mit dem isolierenden Material als Grundmaterial; und
  2. (f) Metallisieren der Grob-Aperturen;
wobei beim späteren Durchführen von Verfahrensschritt (d) die metallisierten Grob-Aperturen durchbohrt und so die Vielzahl der Aperturen gebildet werden.According to a further preferred embodiment of the invention, at least one of the plates of the plate stack comprises an insulating material as base material, in particular a ceramic as base material, and the method further comprises the following steps, which are carried out prior to method steps (a) to (d):
  1. (e) creating a plurality of coarse apertures in the at least one plate with the insulating material as the base material; and
  2. (f) metallizing the coarse apertures;
wherein, during the subsequent execution of process step (d), the metallized coarse apertures are pierced and thus the plurality of apertures are formed.

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.
The invention will be better understood with reference to the accompanying figures, in which:
  • 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.

1 zeigt schematisch ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem 1 in Form eines Vielstrahl-Teilchenmikroskops 1. Das Vielstrahl-Teilchenmikroskop 1 verfügt über eine Strahlerzeugungsvorrichtung 300 mit einer Teilchenquelle 301, beispielsweise einer Elektronenquelle. Ein divergierender Teilchenstrahl 309 wird durch eine Abfolge von Kondensorlinsen 303.1 und 303.2 kollimiert und trifft auf eine Multiaperturanordnung 305, die eine Mikrooptik bildet. Die Multiaperturanordnung 305 umfasst mehrere Multiaperturplatten 306 und eine Feldlinse 308. Durch die Multiaperturanordnung 305 wird eine Vielzahl von Einzel-Teilchenstrahlen 3 bzw. Einzel-Elektronenstrahlen 3 erzeugt. Mittelpunkte von Aperturen der Multiaperturplattenanordnung sind in einem Feld angeordnet, welches auf ein weiteres Feld abgebildet wird, welches durch Strahlflecken 5 in der Objektebene 101 gebildet wird. Der Abstand zwischen Mittelpunkten von Aperturen einer Multiaperturplatte 306 kann beispielsweise 5 µm, 100 µm und 200 µm betragen. Die Durchmesser A der Aperturen sind kleiner als der Abstand der Mittelpunkte der Aperturen, Beispiele der Durchmesser sind das 0,2-Fache, das 0,4-Fache und das 0,8-Fache der Abstände zwischen den Mittelpunkten der Aperturen. 1 schematically shows a multi-particle beam system 1 in the form of a multi-beam particle microscope 1. The multi-beam particle microscope 1 has a beam generation device 300 with a particle source 301, for example an electron source. A diverging particle beam 309 is collimated by a sequence of condenser lenses 303.1 and 303.2 and impinges on a multi-aperture arrangement 305, which forms a micro-optics system. The multi-aperture arrangement 305 comprises several multi-aperture plates 306 and a field lens 308. The multi-aperture arrangement 305 generates a plurality of individual particle beams 3 or individual electron beams 3. Center points of apertures of the multi-aperture plate arrangement are arranged in a field, which is imaged onto another field formed by beam spots 5 in the object plane 101. The distance between the centers of apertures of a multi-aperture plate 306 can be, for example, 5 µm, 100 µm, and 200 µm. The diameters A of the apertures are smaller than the distance between the centers of the apertures. Examples of diameters are 0.2 times, 0.4 times, and 0.8 times the distance between the centers of the apertures.

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 multi-aperture arrangement 305 and the field lens 308 are configured to generate a plurality of focal points 323 of primary beams 3 in a grid arrangement on a surface 321. The surface 321 does not have to be a flat surface, but can be a spherically curved surface to accommodate field curvature of the subsequent particle-optical system.

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 multi-beam particle microscope 1 further comprises a system of electromagnetic lenses 103 and an objective lens 102, which image the beam foci 323 from the intermediate image area 325 into the object plane 101 in a reduced size. The first individual particle beams 3 pass through the beam switch 400 and a collective beam deflection system 500, with which the plurality of first individual particle beams 3 are deflected during operation and the image field is scanned. The first individual particle beams 3 impinging on the object plane 101 form, for example, a substantially regular field, wherein distances between adjacent impingement points 5 can be, for example, 1 µm, 10 µm, or 40 µm. The field formed by the impingement points 5 can, for example, have a rectangular or hexagonal symmetry.

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 object 7 to be examined can be of any type, for example, a semiconductor wafer or a biological sample, and it can comprise an array of miniaturized elements or the like. The surface 15 of the object 7 is arranged in the object plane 101 of the objective lens 102. The objective lens 102 can comprise one or more electron-optical lenses. It can be, for example, a magnetic objective lens and/or an electrostatic objective lens.

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 primary particles 3 striking the object 7 generate interaction products such as secondary electrons, backscattered electrons, or primary particles that have experienced a reversal of motion for other reasons, which emanate from the surface of the object 7 or from the first plane 101 or object plane 101. The interaction products emanating from the surface 15 of the object 7 are formed into secondary particle beams 9 by the objective lens 102. The secondary beams 9 pass through the beam switch 400 after the objective lens 102 and are fed to a projection system 200. The projection system 200 has an imaging system 205 with projection lenses 208, 209, and 210, a contrast aperture 214, and a multi-particle detector 207. The points of incidence 25 of the second single-particle beams 9 on detection areas of the multi-particle detector 207 are located in a third field at a regular distance from one another. Example values are 10 µm, 100 µm, and 200 µm.

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 multi-beam particle microscope 1 further comprises a computer system or a control unit 10, which in turn can be designed as a single part or in multiple parts, and which is designed both to control the individual particle-optical components of the multi-beam particle microscope 1 and to evaluate and analyze the signals obtained with the multi-detector 207 or the detection unit.

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 WO 2005 / 024881 A2 , WO 2007 / 028595 A2 , WO 2007 / 028596 A1 , WO 2011 / 124352 A1 und WO 2007 / 060017 A 2 und den deutschen Patentanmeldungen DE 10 2013 016 113 A1 und DE 10 2013 014 976 A1 erhalten werden, deren Offenbarung vollumfänglich durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.Further information on such multi-beam particle beam systems or multi-beam particle microscopes 1 and components used therein, such as particle sources, multi-aperture plates and lenses, can be found in the international patent applications WO 2005 / 024881 A2 , WO 2007 / 028595 A2 , WO 2007 / 028596 A1 , WO 2011 / 124352 A1 and WO 2007 / 060017 A 2 and the German patent applications DE 10 2013 016 113 A1 and DE 10 2013 014 976 A1 the disclosure of which is incorporated in its entirety by reference into the present application.

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 multi-aperture arrangement 305 forms a micro-optic system 305, by means of which, in the example shown, the plurality of first individual particle beams 3 are initially generated at the first of the multi-aperture plates (so-called filter plate) during operation of the multi-aperture particle beam system 1 and are also actively shaped at additional multi-aperture plates. The micro-optic system 305 itself can be designed in various ways.

2 zeigt beispielhaft eine Mikrooptik 305, die als Multistrahl-Generator 305 ausgebildet ist. Im dargestellten Beispiel umfasst der Multistrahl-Generator 305 in z-Richtung, die der Propagationsrichtung der Einzel-Teilchenstrahlen 3 entspricht, eine Sequenz mit sechs Multiaperturplatten 304, 306.1, 306.2, 306.3, 306.4 und 310 sowie eine globale Kondensorlinse 307. Jede der Multiaperturplatten 304, 306.1 bis 306.4 und 310 umfasst eine Vielzahl von Aperturen 351, die von der Vielzahl der Einzel-Teilchenstrahlen 3 jeweils durchsetzt werden. Der Querschnitt durch die Aperturen 351 in 2 ist nicht maßstabsgetreu. 2 shows, by way of example, a micro-optics system 305 configured as a multi-beam generator 305. In the illustrated example, the multi-beam generator 305 comprises, in the z-direction, which corresponds to the propagation direction of the single-particle beams 3, a sequence with six multi-aperture plates 304, 306.1, 306.2, 306.3, 306.4, and 310, as well as a global condenser lens 307. Each of the multi-aperture plates 304, 306.1 to 306.4, and 310 comprises a plurality of apertures 351, through which the plurality of single-particle beams 3 pass. The cross section through the apertures 351 in 2 is not to scale.

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 multi-aperture plates 304, 306.1, 306.2, 306.3, 306.4, and 310 are spaced apart from one another by spacers 83.1 to 83.5. Furthermore, a spacer 86 is provided between the final multi-aperture plate 310 and the global lens electrode 307. The plurality of first individual particle beams 3 are generated by the impact of a collimated particle or electron beam 309 upon passing through the first multi-aperture plate 304, which is also called a filter plate or pre-aperture plate. The pre-aperture plate 304 includes a metallic layer 99 on its beam input side for stopping and absorbing the electrons of the electron beam 309 impinging thereon around the plurality of apertures 85. In the example shown, the material of the pre-aperture plate 304 is made of a conductive material, e.g., doped silicon, and is at ground potential.

Die nächste Multiaperturplatte ist im gezeigten Beispiel in 2 eine Multi-Stigmatorplatte 306.1. Die Multi-Stigmatorplatte 306.1 umfasst eine Vielzahl von vier oder mehr Elektroden 82, z.B. acht Elektroden für jede der Aperturen. Während des Betriebs des Vielstrahl-Teilchenmikroskopes 1 können verschiedene Spannungen, beispielsweise im Bereich zwischen -20 V bis +20V an jede dieser Elektroden angelegt werden und dadurch jeden Einzel-Teilchenstrahl 3 individuell beeinflussen. Es ist beispielsweise möglich, mit einer antisymmetrischen Spannungsdifferenz jeden Einzel-Teilchenstrahl 3 in jede Richtung bis hin zu einigen µm abzulenken, um eine Verzeichnungskorrektur der beleuchtenden Einheit 100 vorzukorrigieren. Eine Astigmatismusvorkorrektur jedes Einzel-Teilchenstrahles 3 kann ebenso vorgenommen werden. Mit einer Offset-Spannung kann jedes Multipolelement zusätzlich als Einzellinse fungieren.The next multi-aperture plate is in the example shown in 2 a multi-stigmator plate 306.1. The multi-stigmator plate 306.1 comprises a plurality of four or more electrodes 82, e.g., eight electrodes for each of the apertures. During operation of the multi-beam particle microscope 1, different voltages, for example, in the range between -20 V and +20 V, can be applied to each of these electrodes, thereby individually influencing each individual particle beam 3. For example, it is possible to deflect each individual particle beam 3 in any direction up to a few µm using an antisymmetric voltage difference in order to pre-correct a distortion correction of the illuminating unit 100. An astigmatism pre-correction of each individual particle beam 3 can also be performed. With an offset voltage, each multipole element can additionally function as an individual lens.

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. Different apertures 351 in the same multi-aperture plate 306.2, 306.3, and 306.4 can be identical or different, for example, they can have different diameters, in order to account for the field dependence of the correction during the trajectory correction of the individual particle beams 3.

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 multi-aperture plate 310 is a two-layer multi-aperture plate and includes a plurality of ring electrodes 79 for the plurality of apertures, each ring electrode configured to individually change or correct a focal position of the first single-particle beam 3 passing through it. The upper layer is insulated from the layer or layer with the ring electrodes 79 and is made of a conductive material such as doped silicon.

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 field lens 307 comprises a ring electrode 84, to which a high voltage of, for example, 3 kV to 20 kV, e.g., 12 kV to 17 kV, can be applied. In the example shown, the condenser lens 307 provides a global electrostatic lens field for global focusing of the plurality of single-particle beams 3.

Die in 2 dargestellte Mikrooptik 305 bzw. deren Multiaperturplatten kann/ können im Prinzip mittels bekannter Herstellungsverfahren bzw. mittels planarer Integrationstechniken hergestellt werden. Zumindest einige Multiaperturplatten, beispielsweise die Multiaperturplatten 306.2, 306.3 und 306.4, können aber auch mittels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Wegen der besonderen Performance solcher erfindungsgemäß hergestellten Multiaperturplatten 306.2, 306.3 und 306.4 (Anlegbarkeit recht hoher Spannungen V, V2, V3 und verhältnismäßig große Plattenabstände bzw. große Dicke von Abstandshaltern/ Isolatoren 83.2, 83.3, 83.4, 83.5) ist es auch möglich, dass z.B. die Multiaperturplatte 310 mit den Ringelektroden 81 dadurch überflüssig wird.The 2 The micro-optics 305 shown or its multi-aperture plates can, in principle, be manufactured using known manufacturing methods or using planar integration techniques. However, at least some multi-aperture plates, for example the multi-aperture plates 306.2, 306.3, and 306.4, can also be manufactured using the manufacturing method according to the invention. Due to the special performance of such multi-aperture plates 306.2, 306.3, and 306.4 manufactured according to the invention (ability to apply relatively high voltages V, V2, V3 and relatively large plate spacings or large thickness of spacers/insulators 83.2, 83.3, 83.4, 83.5), it is also possible that, for example, the multi-aperture plate 310 with the ring electrodes 81 becomes superfluous.

3 zeigt schematisch eine Ausrichtungsproblematik bei Multiaperturplatten 350, die jeweils unabhängig voneinander, das heißt jede für sich, hergestellt worden sind. 3a zeigt schematisch das Bereitstellen von drei Platten 360 ohne Öffnungen. 3b zeigt schematisch den Einsatz eines Bohrmittels 900, das im Prinzip von beliebiger Art sein kann. Bei 3 geht es insofern nur um das Prinzip. Die Wirkrichtung des Bohrmittels 900 ist in 3b schematisch durch den Pfeil angedeutet. Durch das Bohrmittel 900 werden Öffnungen 351 in der Platte 360 gebildet, wodurch aus der Platte 360 eine Multiaperturplatte 350 wird. Es sei angemerkt, dass aus Gründen der einfacheren Illustrierbarkeit in 3 nur eine Öffnung 351 dargestellt ist, es sind aber natürlich in einer Multiaperturplatte 350 mehrere Öffnungen 351 vorhanden. In 3D wird nun illustriert, dass die drei Multiaperturplatten 350.1, 350.2 und 350.3 zu einer Multiaperturanordnung 305 beziehungsweise einer Mikrooptik 305 zusammengesetzt werden. Dazu werden die leitenden Multiaperturplatten 350.1, 350.2 und 350.3 zueinander ausgerichtet sowie fixiert und isoliert. Im gezeigten Beispiel wird dies durch die Abstandshalter 370.1 und 370.2 realisiert. Dabei ist es so, dass die Öffnungen 351.1 und 351.2 und 351.3 nicht exakt übereinander, das heißt nicht zentrisch übereinander angeordnet sind. Sie fluchten also nicht. Eine exakte Anordnung oder Orientierung zueinander ist bei den Öffnungen 351.1, 351.2, 351.3 in den Multiaperturplatten 350.1, 350.2 und 350.3 sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Multiaperturplatten 350.1, 350.2 und 350.3 aus Metall sind: Sie sind dann nämlich nicht durchlässig für sichtbares Licht oder für Infrarotstrahlung, sodass eine optisch basierte Ausrichtung, wie sie typischerweise in Feinplatzierern (engl.: „die-bonder“) eingesetzt wird, stark erschwert ist. Ein Austausch von Halbleiter-basierten Platten einer Multiaperturanordnung 305 gegen Metallplatten ist also nicht ohne Weiteres einfach möglich. 3 shows schematically an alignment problem with multi-aperture plates 350, which have each been manufactured independently of each other, i.e. each for itself. 3a shows schematically the provision of three plates 360 without openings. 3b shows schematically the use of a drilling tool 900, which in principle can be of any type. 3 It is only a matter of principle. The direction of action of the drilling tool 900 is 3b schematically indicated by the arrow. The drilling means 900 forms openings 351 in the plate 360, whereby the plate 360 becomes a multi-aperture plate 350. It should be noted that for reasons of ease of illustration in 3 only one opening 351 is shown, but of course there are several openings 351 in a multi-aperture plate 350. In 3D It is now illustrated that the three multi-aperture plates 350.1, 350.2, and 350.3 are assembled to form a multi-aperture arrangement 305 or a micro-optics 305. For this purpose, the conductive multi-aperture plates 350.1, 350.2, and 350.3 are aligned with one another, as well as fixed and insulated. In the example shown, this is achieved by the spacers 370.1 and 370.2. The openings 351.1, 351.2, and 351.3 are not arranged exactly one above the other, i.e., not centrally one above the other. They are therefore not aligned. An exact arrangement or orientation of the openings 351.1, 351.2, and 351.3 in the multi-aperture plates 350.1, 350.2, and 350.3 is very difficult, if not impossible. This is especially true if the multi-aperture plates 350.1, 350.2, and 350.3 are made of metal: They are then impermeable to visible light or infrared radiation, making optically based alignment, as typically used in die bonders, significantly more difficult. Replacing semiconductor-based plates of a multi-aperture arrangement 305 with metal plates is therefore not readily possible.

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. 4 zeigt schematisch Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Mikrooptik 305:

  • 4a zeigt zunächst drei Platten 360.1, 360.2 und 360.3 für die Mikrooptik 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 eines Bohrmittels 900. Dieses ist in 4c 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 in 4 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.
However, the manufacturing method according to the invention offers a solution in which, on the one hand, metal plates can be used to produce a micro-optic device 305 and, on the other hand, they can also be aligned precisely enough. 4 shows schematically process steps of a manufacturing method according to the invention for a micro-optics 305:
  • 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 a drilling tool 900. This is in 4c 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.

5 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Mikrooptik 305 für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem 1: In einem Verfahrensschritt S1 erfolgt zunächst das Bereitstellen einer ersten Platte 360.1 der Mikrooptik 305, die elektrisch leitfähig ist. 5 shows schematically a flow diagram of a manufacturing method according to the invention for a micro-optics 305 for a multi-particle beam system 1: In a method step S1, a first plate 360.1 of the micro-optics 305, which is electrically conductive, is first provided.

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 13 dargestellt: Darin werden zunächst die Verfahrensstritte S1 bis S3 wie oben beschrieben durchgeführt. Vor dem Durchbohren des Plattenstapels gemäß Schritt S4 erfolgt in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in Schritt S11 ein Befüllen eines Zwischenraumes zwischen der ersten Platte 306.1 der Mikrooptik 305 und der zweiten Platte 306.2 der Mikrooptik 305 mit einem flüssigen Spülmittel, und in Schritt S12 ein Abkühlen des Spülmittels und dadurch Erstarren des Spülmittels. Eine Temperatursteuerung kann z.B. dadurch realisiert sein, dass das Verfahren innerhalb einer Prozesskammer durchgeführt wird, deren Innentemperatur einstellbar ist oder die Flüssigkeit wird erwärmt zugeführt und kühlt danach von allein ab. Danach erfolgt in Schritt S4 das Durchbohren des gesamten Plattenstapels. Durch das Anordnen / Vorsehen des erstarrten Spülmittels können beim Durchbohren auf die Platten 306.1 und 306.2 wirkende Kräfte besser aufgenommen, verteilt und abgeleitet werden. Ein Durchbiegen der Platten 306.1 und 306.2 kann dadurch besser verhindert werden. In einem weiteren Verfahrensschritt S13 erfolgt ein Erwärmen des Spülmittels und dadurch ein Verflüssigen des Spülmittels. Dabei kann z.B. der gesamte Plattenstapel erwärmt werden und das Spülmittel wird dabei mit erwärmt. In einem weiteren Verfahrensschritt S14 erfolgt das Entfernen des nun wieder flüssigen Spülmittels aus dem Zwischenraum. Für das Befüllen mit dem Spülmittel und für das Entfernen des Spülmittels können die oben beschrieben Spüllöcher verwendet werden.A modified manufacturing method for a micro-optics 305 of a multi-particle beam system 1 is shown in the flow chart in 13 shown: In it, the method steps S1 to S3 are first carried out as described above. Before drilling through the plate stack according to step S4, in the described exemplary embodiment, in step S11, a space between the first plate 306.1 of the micro-optics 305 and the second plate 306.2 of the micro-optics 305 is filled with a liquid rinsing agent, and in step S12, the rinsing agent is cooled and thereby solidifies. Temperature control can be achieved, for example, by carrying out the method within a process chamber whose internal temperature is adjustable, or the liquid is supplied heated and then cools down on its own. The entire plate stack is then drilled through in step S4. By arranging/providing the solidified rinsing agent, forces acting on the plates 306.1 and 306.2 during drilling can be better absorbed, distributed, and dissipated. This helps prevent sagging of plates 306.1 and 306.2. In a further process step S13, the rinsing agent is heated and thus liquefied. For example, the entire stack of plates can be heated, and the rinsing agent is also heated in the process. In a further process step S14, the now liquid rinsing agent is removed from the intermediate space. The rinsing holes described above can be used for filling with the rinsing agent and for removing the rinsing agent.

6 zeigt schematisch Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Platten 360 der Mikrooptik 305 nicht leitfähig beziehungsweise nicht in Gänze leitfähig. Ihre Leitfähigkeit ist nur abschnittsweise gegeben, und zwar im Bereich um die erst noch auszuformenden Aperturen 351 herum:

  • 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 362 der Mikrooptik 305.
6 shows schematically process steps of a manufacturing process according to the invention. In the 6 In the illustrated embodiment, the plates 360 of the micro-optics 305 are non-conductive, or not entirely conductive. Their conductivity is present only in sections, namely in the area around the apertures 351 that are yet to be formed:
  • 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. 6c) werden die Grob-Aperturen 362 metallisiert. Das Metallisieren der Grob-Aperturen 361 kann beispielsweise mittels Sputtern oder mittels Galvanisieren erfolgen. Um die Grob-Aperturen beziehungsweise angrenzend an die Grob-Aperturen 362 werden dabei leitfähige Bereiche 363 ausgebildet. Diese besitzen ihrerseits Öffnungen 363. Deren Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser der finalen Aperturen 351 der Mikrooptik 305.In a further procedural step (cf. 6c ), the coarse apertures 362 are metallized. The metallization of the coarse apertures 361 can be performed, for example, by sputtering or electroplating. Conductive regions 363 are formed around or adjacent to the coarse apertures 362. These, in turn, have openings 363. Their diameter is smaller than the diameter of the final apertures 351 of the micro-optics 305.

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. In 6e ist dazu schematisch wiederum ein Bohrmittel 900 und dessen Bewegungsrichtung angedeutet.
In a further process step, the plates 360.1, 360.2, and 360.3 are fixed relative to each other with the metallized coarse apertures 361 and arranged so that they are electrically insulated from each other. The spacers 370.1 and 370.2 can be electrically insulating, but they do not necessarily have to be, since the plate material of the plates 360.1, 360.2, and 360.3, as a ceramic material, can already be sufficiently insulating. The openings 363.1, 363.2, and 363.3 are not perfectly aligned with each other. However, they do not have to be at this stage of the manufacturing process:
  • 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 6f dargestellt - wiederum perfekt beziehungsweise Prozess-inhärent exakt zueinander ausgerichtete Aperturen 351.1, 351.2 und 351.3 ausgebildet.As a result, as in 6f shown - again perfectly or process-inherently exactly aligned apertures 351.1, 351.2 and 351.3 are formed.

Mittels des in 6 beschriebenen Herstellungsverfahrens können also nicht nur monolithische Multiaperturplatten 350.1, 350.2 und 350.3 hergestellt werden, die an sich bereits (vollständig) leitfähig sind. Stattdessen ist es auch möglich, mittels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens Ringelektroden zu realisieren. Dabei werden die Ringelektroden durch die leitfähigen Bereiche 362.1, 362.2 und 362.3 im gezeigten Beispiel gebildet. Die Zuführung von Leitungen zu den einzelnen Ringelektroden muss in einem weiteren Verfahrensschritt realisiert werden, dies ist komplexer als bei monolithischen Multiaperturplatten 350, kann jedoch ebenfalls realisiert werden. Hierfür bietet sich beispielsweise ein Metalldruckverfahren bereits vor dem Zusammenfügen des Plattenstapels an. Es ist beispielsweise auch möglich, dass Leiterbahnen durch eine Kombination aus Sputtern und Galvanik aufgebracht werden.By means of the 6 The manufacturing method described can therefore not only be used to produce monolithic multi-aperture plates 350.1, 350.2 and 350.3, which are already (fully) conductive per se. Instead, it is also possible to realize ring electrodes using the manufacturing method according to the invention. The ring electrodes are formed by the conductive regions 362.1, 362.2 and 362.3 in the example shown. The supply of lines to the individual ring electrodes must be realized in a further process step; this is more complex than with monolithic multi-aperture plates 350, but can also be realized. For this purpose, a metal printing process, for example, is suitable even before the plate stack is assembled. It is also possible, for example, for conductor tracks to be applied by a combination of sputtering and electroplating.

7 zeigt schematisch Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Mikrooptik 305. Der in 7a dargestellte Plattenstapel mit den Platten 360.1, 360.2 und 360.3 kann beispielsweise wie in Zusammenhang mit 4a und 4b beschrieben hergestellt sein. Anders als in Zusammenhang mit 4c dargestellt, ist nun aber das Durchbohren des Plattenstapels in 7a anders, und zwar in Hinblick auf die Bohrrichtung: Der Plattenstapel wird nämlich angeschrägt durchbohrt. Die dabei entstehenden angeschrägten Aperturen 351.1, 351.2 und 351.3 fluchten dabei ebenfalls exakt miteinander, wie dies durch die gepunkteten Hilfslinien in 7B angedeutet ist. Die Aperturen 351.1, 351.2 und 351.3 sind bei diesem schrägen Durchbohren allerdings nicht exakt kreisförmig, sondern leicht elliptisch. Der Grad der Elliptizität hängt dabei vom Grad der Neigung beim Durchbohren bezogen auf die Normale des Plattenstapels ab. 7 shows schematically process steps of a manufacturing method according to the invention for a micro-optics 305. The 7a The plate stack shown with the plates 360.1, 360.2 and 360.3 can be used, for example, as in connection with 4a and 4b Other than in connection with 4c shown, but now the drilling of the plate stack is in 7a different, namely with regard to the drilling direction: The plate stack is drilled through at an angle. The resulting angled apertures 351.1, 351.2 and 351.3 are also exactly aligned with each other, as shown by the dotted auxiliary lines in 7B However, the apertures 351.1, 351.2, and 351.3 are not exactly circular in this oblique drilling, but rather slightly elliptical. The degree of ellipticity depends on the degree of inclination during drilling relative to the normal of the plate stack.

8 zeigt schematisch Aspekte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, wobei das Durchbohren des Plattenstapels unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) erfolgt. Der gezeigte Plattenstapel umfasst insgesamt sechs Membranen 360.1, 360.2, 360.3, 360.4, 360.5 und 360.6, die in einen Rahmen eingespannt sind. Dies ist durch die Bezugszeichen 380, die einen Rahmenbereich andeuten, und das Bezugszeichen 381, das einen Membranbereich andeutet, illustriert. 8 schematically shows aspects of a manufacturing method according to the invention, wherein the drilling of the plate stack is carried out using a focused ion beam (FIB). The plate stack shown comprises a total of six membranes 360.1, 360.2, 360.3, 360.4, 360.5, and 360.6, which are clamped in a frame. This is illustrated by reference numeral 380, which indicates a frame region, and reference numeral 381, which indicates a membrane region.

Der dargestellte Plattenstapel soll nach dem Durchbohren des gesamten Plattenstapels die Funktionalität beispielsweise einer Einzellinse aufweisen. Aus diesem Grund sind in 8 schematisch Spannungen U1, U2 und U3 angedeutet. Anstelle jedoch einer einzelnen Platte 360 mit der Gesamthöhe H über die gesamte Plattenbreite sind zwei Membranen mit den geringen Dicken h vorgesehen. Dabei liegt die entsprechende Spannung jeweils an der unteren und der oberen Membran an. Elektronenoptisch gesehen macht die Tatsache, dass Hohlräume 382.1, 382.2 und 382.3 zwischen den Membranen 360.1 und 360.2, zwischen 360.3 und 360.4 sowie zwischen 360.5 und 360.6 vorgesehen sind, keinen nennenswerten Unterschied. Zwischen den jeweils zusammengehörenden Membranpaaren sind in bekannter Weise wiederum Abstandshalter, die isolierend sind, 370.1 und 370.2 angeordnet.The illustrated plate stack is intended to have the functionality of, for example, a single lens after drilling through the entire plate stack. For this reason, 8 Voltages U1, U2, and U3 are indicated schematically. However, instead of a single plate 360 with a total height H across the entire plate width, two membranes with a small thickness h are provided. The corresponding voltage is applied to the lower and upper membranes, respectively. From an electron-optical perspective, the fact that cavities 382.1, 382.2, and 382.3 are provided between membranes 360.1 and 360.2, between 360.3 and 360.4, and between 360.5 and 360.6 makes no significant difference. Insulating spacers 370.1 and 370.2 are arranged between the respective pairs of membranes in a known manner.

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 8 gezeigt ist deshalb besonders für Plattenstapel einer geringen Gesamthöhe geeignet, beispielsweise bis zu einer Höhe von einigen Mikrometern.When drilling through the plate stack, the focused ion beam can now be used in the same drilling process, starting from the top, to first drill through the uppermost membrane 360.1, then the next membrane 360.2, and so on. This can again be done in principle in the same process step or without having to change the position of the FIB column, at least not in the x-direction or y-direction. This means that the x, y positions of the FIB column and thus also the x, y positions of the apertures 351 to be created are fixed. The fact that only the thin membrane sections with the height h need to be drilled through can take into account the fact that a focused ion beam has a relatively small depth of field and can therefore only drill through relatively thin layers. Drilling through the entire plate stack as in 8 shown is therefore particularly suitable for plate stacks with a low overall height, for example up to a height of a few micrometers.

Für Fälle, in denen der Plattenstapel insgesamt eine größere Höhe aufweist und die geringe Tiefenschärfe des fokussierten Ionenstrahls zum Problem wird, stellt der in 9 dargestellte Verfahrensablauf eine Lösung dar: Der Gesamtstapel mit den Platten 360.1 bis 360.6 wird in vier Sub-Stapel aufgeteilt. Insbesondere die Platten 360.2 und 360.3 sowie die Platten 360.4 und 360.5 bilden jeweils eigenständige Stapel im Sinne der Definition gemäß Patentanspruch 1. Die einzelnen Stapel beziehungsweise Sub-Stapel werden nun jeweils separat mittels der FIB beziehungsweise mittels des fokussierten Ionenstrahls durchbohrt. Dabei bildet der Stapel gemäß 9b einen Stapel, bei dem ein Linsenübergang stattfindet. Hier ist die Ausrichtung der erzeugten Aperturen in den Platten 360.2 und 360.3 besonders kritisch. Gleiches gilt für den Linsenübergang zwischen den Platten 360.4 und 360.5, wie in 9c gezeigt. Die Übergänge innerhalb derselben Linse sind demgegenüber nicht so kritisch. Deshalb ist es ohne nennenswerten Verlust von Performance der Mikrooptik 305 möglich, die Sub-Stapel nach dem separaten Durchbohren der Teilstapel (9b und 9C) sowie der einzelnen Platten beziehungsweise Membranen (9a und 9D) zusammenzusetzen und hier eine entsprechende Ausrichtung vorzunehmen. Dieses Zusammensetzen der Sub-Stapel wird durch die Klammer in 9 angedeutet. Dadurch entsteht wiederum die Mikrooptik 305.For cases where the plate stack has a greater overall height and the shallow depth of field of the focused ion beam becomes a problem, the 9 The process sequence shown represents a solution: The entire stack with the plates 360.1 to 360.6 is divided into four sub-stacks. In particular, the plates 360.2 and 360.3 as well as the plates 360.4 and 360.5 each form independent stacks as defined in patent claim 1. The individual stacks or sub-stacks are then drilled separately using the FIB or the focused ion beam. The stack forms according to 9b a stack in which a lens transition occurs. Here, the alignment of the generated apertures in plates 360.2 and 360.3 is particularly critical. The same applies to the lens transition between plates 360.4 and 360.5, as shown in 9c shown. The transitions within the same lens, on the other hand, are not so critical. Therefore, without any significant loss of performance of the micro-optics 305, it is possible to separate the sub-stacks after drilling through the partial stacks ( 9b and 9C ) as well as the individual plates or membranes ( 9a and 9D ) and perform the appropriate alignment. This assembling of the sub-stacks is done by the bracket in 9 This in turn creates the micro-optics 305.

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 10: 10a zeigt als Bohrmittel 900 eine Elektrode vom Manhattan-Typ. Dieses weist eine Vielzahl von Elektroden 902 auf, die auf einem Basiselement 901 angeordnet sind. Im Prinzip ist die Elektrode vom Manhattan-Typ also eine Multi-Elektrode. Mit dieser können sozusagen chargenweise mehrere Öffnungen an verschiedenen Positionen in einer Platte 360 gleichzeitig erzeugt werden. Das Ergebnis des Durchbohrprozesses zeigt 10b: Dargestellt ist eine Multiaperturplatte 350 mit einer Vielzahl von kreisförmigen Aperturen 351, deren Anordnung der Anordnung der Elektroden 902 entspricht.In principle, it is possible for the multiple apertures in the plates of a plate stack to be generated successively. However, it is also possible for the multiple apertures in the plates to be generated at least partially simultaneously. An example of this is shown in 10 : 10a shows a Manhattan-type electrode as drilling means 900. This comprises a plurality of electrodes 902 arranged on a base element 901. In principle, the Manhattan-type electrode is therefore a multi-electrode. With this, several openings can be created simultaneously in batches at different positions in a plate 360. The result of the drilling process is shown in 10b : Shown is a multi-aperture plate 350 with a plurality of circular apertures 351, the arrangement of which corresponds to the arrangement of the electrodes 902.

Die in 10 dargestellte Elektrode vom Manhattan-Typ kann beispielsweise bei einem Mikro-EDM-Verfahren eingesetzt werden. Das Prinzip ist jedoch auch auf andere Bohrverfahren übertragbar. The 10 The Manhattan-type electrode shown can be used, for example, in a micro-EDM process. However, the principle is also applicable to other drilling processes.

11 zeigt schematisch mehrere Multiaperturplatten 350 einer Mikrooptik 305. 11a zeigt dabei eine Vielzahl von runden Aperturen 351, die jeweils denselben Durchmesser aufweisen und regelmäßig angeordnet sind. 11b zeigt eine Multiaperturplatte 350 mit kreisförmigen Aperturen 351, deren Durchmesser innerhalb der Multiaperturplatte aber variiert beziehungsweise von der Position der Apertur in der jeweiligen Platte 350 abhängig ist. Im gezeigten Beispiel zeigt der Durchmesser der Aperturen 351 eine radiale Abhängigkeit vom Abstand zum Zentrum C in der Multiaperturplatte 350. 11 schematically shows several multi-aperture plates 350 of a micro-optics 305. 11a shows a multitude of round apertures 351, each of which has the same diameter and is regularly arranged. 11b shows a multi-aperture plate 350 with circular apertures 351, the diameter of which varies within the multi-aperture plate or depends on the position of the aperture in the respective plate 350. In the example shown, the diameter of the apertures 351 shows a radial dependence on the distance to the center C in the multi-aperture plate 350.

11c zeigt eine Multiaperturplatte 350 mit elliptischen Aperturen 351. Deren Längsachse I variiert in Abhängigkeit vom Zentrum M, und zwar hinsichtlich Orientierung und Größe. 11c shows a multi-aperture plate 350 with elliptical apertures 351. Its longitudinal axis I varies depending on the center M, namely in terms of orientation and size.

Bei allen in 11 dargestellten Multiaperturplatten 350 handelt es sich um monolithische Aperturplatten 350, an denen jeweils nur eine einzelne Spannung angelegt wird. Wegen der Leitfähigkeit der Platten 350 erzeugen die Aperturen 351 eine Wirkung beziehungsweise Linsenwirkung, deren Größe dann nur noch von der Größe und Form der Apertur abhängig ist.For all in 11 The multi-aperture plates 350 shown are monolithic aperture plates 350, to each of which only a single voltage is applied. Due to the conductivity of the plates 350, the apertures 351 create an effect or lens effect, the magnitude of which then depends only on the size and shape of the aperture.

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 apertures 351 in the plates 360, 350 of the plate stack can be round, elliptical, n-fold, or irregularly shaped. The apertures themselves are preferably arranged using a grid, for example, a hexagonal grid. However, they can also be arranged, for example, in a square or rectangular grid.

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, adjacent apertures 351 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.

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 plate 360, 350 of the plate stack, for example, the following can apply: 20 µm ≤ C ≤ 500 µm, preferably 150 µm ≤ C ≤ 500 µm or 250 µm ≤ C ≤ 500 µm.

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 adjacent plates 350, 360 of the plate stack: 1 µm ≤ D ≤ 100 µm, preferably 20 µm ≤ D ≤ 100 µm or 40 µm ≤ D ≤ 100 µm.

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 multi-aperture plates 350 with C ≥ 250 µm and a plate distance D between the multi-aperture plates 350 of D ≥ 30 µm, a relatively large micro-optics 305 can be provided. Relatively large voltages U can be applied to this relatively large micro-optics 305 during operation of a multi-particle beam system, for example U ≥ 250 V, preferably U ≥ 300 V and U ≥ 350 V. This is particularly advantageous in multi-particle beam systems that operate with a large number of individual particle beams 3, since in such systems the field dependence of imaging errors, for example an image field curvature or an image field astigmatism, is particularly large in edge regions of a multi-particle beam arrangement of a large grid.

12 zeigt schematisch Aspekte eines weiteren Herstellungsverfahrens für eine Mikrooptik 305. Im Gegensatz zu den oben bereits beschriebenen Verfahren wird dabei nicht mehr eine Anordnung von verschiedenen Platten übereinander oder von verschiedenen Schichten übereinander gemeinsam durchbohrt, stattdessen wird eine Negativform 910 vorgesehen, um die herum verschiedene Schichten erst aufgebaut werden. Die Negativform 910 wird am Ende des Prozesses entfernt, sodass durch die Negativform 910 definierte Aperturen 911 Prozess-inhärent exakt zueinander ausgerichtet sind. Auch gemäß diesem Beispiel wird also eine komplexe Ausrichtungsproblematik vermieden. 12 schematically shows aspects of another manufacturing method for a micro-optic device 305. In contrast to the methods already described above, an arrangement of different plates on top of one another or of different layers on top of one another is no longer drilled together; instead, a negative mold 910 is provided, around which various layers are first built up. The negative mold 910 is removed at the end of the process, so that apertures 911 defined by the negative mold 910 are precisely aligned with one another in a process-inherent manner. Thus, according to this example, a complex alignment problem is also avoided.

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 12a ist die Negativform 910 schematisch als zentraler Block dargestellt. Dieser zentrale Block ist auf einem Substrat 390 angeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Wafer, beispielsweise aus Silicium, handeln.Specifically, in a first process step, the negative mold can be provided as such. This can, for example, have a Manhattan-like structure that defines the later position of apertures 911. Furthermore, this negative mold can also be used to provide individual electrodes, such as ring electrodes or lines for supplying voltage to the electrodes. This central negative mold, which defines at least the dimensions of later apertures 911, can be configured in various ways. For example, it can be photoresist, silicon dioxide, etched metal (lidar process), coated metal (for deposition purposes), and so on. 12a The negative mold 910 is schematically shown as a central block. This central block is arranged on a substrate 390. This can be, for example, a wafer, for example made of silicon.

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 12b schematisch dargestellt. Die dabei gebildeten Aperturen 911 sind exakt zueinander ausgerichtet.The described deposition processes of alternating conductive and non-conductive layers can be repeated. In the example shown, a metallic layer 394 is deposited, followed by another insulating layer 395, followed by another metallic layer 396, and so on. At the end of the process, the negative mold 910 is removed: This is shown in 12b shown schematically. The resulting apertures 911 are precisely aligned with each other.

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

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Claims (28)

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, comprising the following steps: (a) providing a first micro-optic plate that is electrically conductive; (b) providing a second micro-optic plate that is electrically conductive; (c) creating a plate stack comprising stacking the first micro-optic plate and the second micro-optic plate one above the 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; and (d) drilling through the entire produced plate stack 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. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die erste Platte der Mikrooptik und/ oder die zweite Platte der Mikrooptik metallisch ist.Procedure according to Claim 1 , wherein the first plate of the micro-optics and/or the second plate of the micro-optics is metallic. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Plattenstapel des Weiteren mindestens eine weitere oder und somit zumindest eine dritte Platte der Mikrooptik aufweist, die elektrisch leitfähig ist, und wobei die dritte Platte der Mikrooptik relativ zu der ersten Platte der Mikrooptik und der zweiten Platte der Mikrooptik fixiert und zu diesen elektrisch isoliert ist, und wobei die dritte Platte der Mikrooptik beim Durchführen des Verfahrensschrittes (d) ebenfalls mit durchbohrt wird, so dass dadurch eine dritte Vielzahl von Aperturen in der dritten Platte der Mikrooptik erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the plate stack further comprises at least one further or thus at least one third micro-optic plate that is electrically conductive, and wherein the third micro-optic plate is fixed relative to the first micro-optic plate and the second micro-optic plate and is electrically insulated therefrom, and wherein the third micro-optic plate is also drilled through during the performance of method step (d), thereby creating a third plurality of apertures in the third micro-optic plate. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die dritte Platte der Mikrooptik metallisch ist.Method according to the preceding claim, wherein the third plate of the micro-optics is metallic. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) mittels Laserbohren erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the drilling of the plate stack in step (d) is carried out by means of laser drilling. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) mittels Mikro-EDM erfolgt.Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the drilling of the plate stack in step (d) is carried out by means of micro-EDM. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) mittels mechanischem Hochgeschwindigkeits-Mikro-Bohren erfolgt.Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the drilling of the plate stack in step (d) is carried out by means of mechanical high-speed micro-drilling. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) mittels Vibrationsbohren oder mittels Ultraschallbohren erfolgt.Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the drilling of the plate stack in step (d) is carried out by means of vibration drilling or by means of ultrasonic drilling. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Durchbohren des Plattenstapels in Schritt (d) unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls (FIB) erfolgt.Procedure according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the drilling of the plate stack in step (d) is carried out using a focused ion beam (FIB). Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Platten des Plattenstapels ein isolierendes Material als Grundmaterial, insbesondere eine Keramik als Grundmaterial, aufweist und wobei das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte umfasst, die zeitlich vor den Verfahrensschritten (a) bis (d) ausgeführt werden: (e) Erzeugen einer Vielzahl von Grob-Aperturen in der mindesten einen Platte mit dem isolierenden Material als Grundmaterial; und (f) Metallisieren der Grob-Aperturen; wobei beim späteren Durchführen von Verfahrensschritt (d) die metallisierten Grob-Aperturen durchbohrt und so die Vielzahl der Aperturen gebildet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein at least one of the plates of the plate stack has an insulating material as the base material, in particular a ceramic as the base material, and wherein the method further comprises the following steps, which are carried out prior to method steps (a) to (d): (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; wherein, during the subsequent implementation of method step (d), the metallized coarse apertures are drilled through, thus forming the plurality of apertures. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Metallisieren der Grob-Aperturen mittels Sputtern und/ oder mittels Galvanisieren erfolgt.Method according to the preceding claim, wherein the metallization of the coarse apertures is carried out by sputtering and/or by electroplating. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in Verfahrensschritt (d) die Vielzahl der Aperturen in den Platten des Plattenstapels gleichzeitig erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein in method step (d) the plurality of apertures in the plates of the plate stack are produced simultaneously. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in Verfahrensschritt (d) die Vielzahl der Aperturen in den Platten des Plattenstapels sukzessive erzeugt wird.Procedure according to one of the Claims 1 until 10 , wherein in process step (d) the plurality of apertures in the plates of the plate stack is successively produced. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl der Aperturen jeweils einen Durchmesser A aufweisen, wobei gilt: 40µm ≤ A ≤ 400µm, insbesondere 80µm ≤ A ≤ 400µm oder 110µm ≤ A ≤ 400µm.Method according to one of the preceding claims, wherein the plurality of apertures each have a diameter A, where: 40µm ≤ A ≤ 400µm, in particular 80µm ≤ A ≤ 400µm or 110µm ≤ A ≤ 400µm. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Form der Aperturen in den Platten des Plattenstapels rund, elliptisch, n-zählig oder unregelmäßig geformt ist.Method according to the preceding claim, wherein the shape of the apertures in the plates of the plate stack is round, elliptical, n-fold or irregularly shaped. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei einander benachbarten Aperturen in den Platten des Plattenstapels einen Abstand B aufweisen, für den gilt: 70µm ≤ B ≤ 400µm, insbesondere 90µm ≤ B ≤ 400µm oder 120µm ≤ B ≤ 400µm.Method according to one of the preceding claims, wherein adjacent apertures in the plates of the plate stack have a distance B for which the following applies: 70µm ≤ B ≤ 400µm, in particular 90µm ≤ B ≤ 400µm or 120µm ≤ B ≤ 400µm. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für eine Dicke C einer Platte des Plattenstapels gilt: 20µm ≤ C ≤ 500µm, insbesondere 150µm ≤ C ≤ 500µm oder 250µm ≤ C ≤ 500µm.Method according to one of the preceding claims, wherein the following applies to a thickness C of a plate of the plate stack: 20µm ≤ C ≤ 500µm, in particular 150µm ≤ C ≤ 500µm or 250µm ≤ C ≤ 500µm. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für einen Plattenabstand D von zueinander benachbarten Platten des Plattenstapels gilt: 1 µm ≤ D ≤ 100µm, insbesondere 20µm ≤ D ≤ 100 µm oder 40µm ≤ D ≤ 100µm.Method according to one of the preceding claims, wherein the following applies to a plate spacing D between adjacent plates of the plate stack: 1 µm ≤ D ≤ 100 µm, in particular 20 µm ≤ D ≤ 100 µm or 40 µm ≤ D ≤ 100 µm. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei für eine Gesamthöhe H des Plattenstapels folgendes gilt: 50µm ≤ H ≤ 1000µm, insbesondere 300µm ≤ H ≤ 1000µm oder 500µm ≤ H ≤ 1000µm.Method according to one of the preceding claims, wherein the following applies to a total height H of the plate stack: 50µm ≤ H ≤ 1000µm, in particular 300µm ≤ H ≤ 1000µm or 500µm ≤ H ≤ 1000µm. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren den folgenden Schritt aufweist: 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 der Aperturen in der ersten Platte der Mikrooptik und in der zweiten Platte der Mikrooptik folgende Relation gilt: D ≥ 10A, insbesondere D ≥ 100A.A method according to any one of the preceding claims, further comprising the following step: after drilling according to step d), flushing the plate stack and removing drilling material through flushing holes in the first plate of the micro-optics and in the second plate of the micro-optics, wherein the following relationship applies to a diameter S of the flushing holes in relation to the diameter of the apertures in the first plate of the micro-optics and in the second plate of the micro-optics: D ≥ 10A, in particular D ≥ 100A. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, das 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.The method according to the preceding claim, further comprising the following steps: before drilling according to step d) - filling a gap between the first plate of the micro-optics and the second plate of the micro-optics with a liquid rinsing agent, and - cooling the rinsing agent and thereby solidifying the rinsing agent; and after drilling according to step d) - heating the rinsing agent and thereby liquefying the rinsing agent; and - removing the rinsing agent from the gap. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Mikrooptik mindestens einen zweiten oder weiteren Plattenstapel aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the micro-optics comprises at least a second or further plate stack. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der zweite oder weitere Plattenstapel der Mikrooptik mittels der Verfahrensschritte (a) bis (d) erzeugt wird; oder wobei der zweite oder weitere Plattenstapel der Mikrooptik mittels Planartechnik und/ oder lithografischer Verfahren erzeugt wird.Method according to the preceding claim, wherein the second or further plate stack of the micro-optics is produced by means of method steps (a) to (d); or wherein the second or further plate stack of the micro-optics is produced by means of planar technology and/or lithographic processes. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Verfahren des Weiteren den folgenden Verfahrensschritt aufweist: (g) Ausrichten des ersten Plattenstapels und des zweiten oder weiteren Plattenstapels zueinander.A method according to the preceding claim, wherein the method further comprises the following method step: (g) aligning the first plate stack and the second or further plate stack with each other. Mikrooptik für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, die gemäß dem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt worden ist.Micro-optics for a multi-particle beam system, manufactured according to the method according to any one of the preceding claims. Mikrooptik für ein Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, wobei die Mikrooptik eine erste Multiaperturplatte bestehend aus Metall und eine zweite Multiaperturplatte bestehend aus Metall aufweist, wobei für die Aperturdurchmesser A der ersten Multiaperturplatte und der zweiten Multiaperturplatte jeweils gilt: A ≥ 150µm wobei für die Dicken C der ersten Multiaperturplatte und der zweiten Multiaperturplatte jeweils gilt: C ≥ 250 µm; und wobei für den Plattenanstand D zwischen der ersten Multiaperturplatte und der zweiten Multiaperturplatte gilt: D ≥ 30 µm.Micro-optics for a multi-particle beam system, wherein the micro-optics comprises a first multi-aperture plate made of metal and a second multi-aperture plate made of metal, wherein the aperture diameters A of the first multi-aperture plate and the second multi-aperture plate are each: A ≥ 150 µm, wherein the thicknesses C of the first multi-aperture plate and the second multi-aperture plate are each: C ≥ 250 µm; and wherein the plate spacing D between the first multi-aperture plate and the second multi-aperture plate is each: D ≥ 30 µm. Vielzahl-Teilchenstrahlsystem, insbesondere Vielstrahl-Teilchenmikroskop, mit einer Mikrooptik gemäß einem der Ansprüche 25 bis 26.Multi-beam particle beam system, in particular multi-beam particle microscope, with a micro-optics according to one of the Claims 25 until 26 . Vielzahl-Teilchenstrahlsystem gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei im Betrieb des Vielzahl-Teilchenstrahlsystems an die erste Multiaperturplatte und/ oder an die zweite Multiaperturplatte eine Spannung U anlegbar ist mit U ≥ 250V, insbesondere U ≥ 300V oder U ≥ 350V.Multi-particle beam system according to the preceding claim, wherein during operation of the multi-particle beam system a voltage U can be applied to the first multi-aperture plate and/or to the second multi-aperture plate with U ≥ 250V, in particular U ≥ 300V or U ≥ 350V.
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