DE69026242T2

DE69026242T2 - Korrekturvorrichtung für ein teilchengeladenes Strahlgerät

Info

Publication number: DE69026242T2
Application number: DE69026242T
Authority: DE
Inventors: Harald Rose
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: FEI Co
Priority date: 1990-04-12
Filing date: 1990-04-12
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2010-04-13
Also published as: JPH03295140A; US5084622A; DE69026242D1; EP0451370B1; EP0451370A1; JP3207196B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Korrekursystem für ein hochauflösendes Gerät für ein Strahlenbündel geladener Teilchen mit einem errten und einem zweiten Hexapol, das ein Rundlinsen-System mit zwei Rundlinsen, mit einer gleichen Brennweite, umfaßt, von denen jede in einem Brennpunktabstand von einer Mittelebene eines benachbarn Hexapols liegt, um die Mittelebene des ersten Hexapols in die Mittelebene des zweiten Hexapols abzubilden, wobei die Rundlinsen einen Abstand von zweimal ihre Brennweite voneinander haben.
Ein solches Korrektursystern ist aus dem Beitrag "Correction of aperture aberrations in magnetic lens Systems with threefold symmetry von H. Rose, veröffentlicht in NUCLEAR INSTRUMENTS AND METHODS Band 187, 1981, S. 187-199 bekannt.
Das in diesem Beitrag beschriebene Korrektursystem ist geeignet, sphärische Aberration dritter Ordnung insbesondere in einem Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) zu korrigieren. Dieser Korrektur ist frei von axialen Abweichungen; er ist imstande, auch achsenferne Aberrationen zu korrigieren, ohne eine axiale Abweichung vierter Ordnung einzuführen. Hierzu umfaßt das Rundlinsen-System in dem Korrektursystem äußere Knotenpunkte, die in dem Zentrum eines benachbarten Hexapols liegen, um die beiden Hexapole ineinander mit Einheitsvergrößerung abzubilden.
Da das Rundlinsen-System zwischen den beiden Hexapolen wie vorgegeben optisch angeordnet ist, kann das Korrektursystem in einer -axialen Näherung teleskopisch und rotationsfrei werden. Die um die Knotenpunkte des Rundlinsen-Systems zentrierten Hexapole können jetzt verwendet werden, um eine sphärische Aberration dritter Ordnung eines Transmissionselektronenmikroskops zu korrigieren, weil sie in dieser Anordnung keinerlei Abweichungen zweiter Ordnung in das endgültige Bild einbringen. Die Mittelpunkte der Hexapole, die außerhalb der fokussierenden Magnetfelder der Rundlinsen liegen, fallen mit Mittelpunkten der Hexapole zusammen. Das Rundlinsen-System in dem genannten Artikel ist als Dublett aufgebaut, in dem die beiden Linsen des Rundlinsen-Systems oder Dubletts einen Abstand von 2f voneinander haben. Bei dieser Anordnung werden Feldabweichungen der beiden Linsen gegenseitig kompensiert, und eine wesentliche Vergrößerung im Gesichtsfeld ist daher zulässig, ohne daß störende Abweichungen eingeführt werden.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein aplanatisches Korrektursystem zu verschaffen. Hierzu ist das erfindungsgemäße Korrektursystem dadurch gekennzeichnet, daß hinzu gefügt ist: ein zweites Rundlinsen-System, das zwei Rundlinsen mit einer gleichen Brennweite umfaßt und im Brennpunktabstand von einer Mittelebene des ersten Hexapols liegt, wobei die Rundlinsen des zweiten Rundlinsen-Systems einen Abstand von zweimal ihre Brennweite voneinander haben. Durch diese Maßnahmen wird die Korrektur optimiert, indem das zweite Rundlinsen-Dublett bezüglich einer zu korrigierenden Linse so angeordnet wird, daß eine komafreie Ebene der zu korrigierenden Linse mit der Mittelebene des Eintrittshexapols zusammenfällt. Dies kann besser realisiert werden, wenn die komafreie Ebene der zu korrigierenden Linse näher oder außerhalb einer Austrittsbegrenzungsfläche des Aufbaus der genannten Linse liegt. Dies liefert eine Anordnung, in der die komafreie Ebene einer zu korrigierenden Linse durch ein komafreies Rundlinsen-Dublett in eine Ebene abgebildet wird, die allerdings außerhalb des Feldes des Dubletts liegt. Um für eine aplanatische Linse zu sorgen, kann das komafteie Rundlinsen-Dublett eingerichtet werden, die komafreie Ebene der zu korrigierenden Linse in die Mittelebene des ersten Hexapols des Korrektursystems abzubilden. Die komafreie Ebene kann somit in einfacher Weise in den Mittelpunkt des ersten Hexapols abgebildet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet das Korrektursystem, gemessen von einer komafreien Ebene einer zu korrigierenden Linse aus, ein 8f-System mit zwei Hexapolen und zwei Rundlinsen-Dubletts, in welchem System ein erster Brennpunkt des zweiten Dubletts mit einem komafreien Punkt der zu korrigierenden Linse zusammenfällt, wobei die äußeren Brennpunkte des ersten Dubletts mit seinen Knotenpunkten zusammenfallen. Die Hexapole sind um diese Knotenpunkte zentriert. Alle genannten optischen Elemente können in einem einzigen Gehäuse untergebracht werden, das in ein zu korrigierendes Gerät eingebracht werden soll.
Um Abweichungen in der zu korrigierenden Linse zu kompensieren, ist es ratsam, die beiden Linsen des zweiten Dubletts so in Reihe zu schalten, daß sie in entgegengesetzter Richtung bezüglich der zu korrigierenden Linse erregt werden.
Das Korrektursystem ist besonders interessant für Korrekturlinsen eines teilchensondenbildenden Typs.
Ein mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Korrektursystems zu korrigierendes Gerät wird vorzugsweise mit einer Teilchenquelle mit einer relativ geringen Energiestreuung der emittierten Teilchen versehen, wie eine Quelle für ein elektrisches Feld, ein angepaßter Halbleiter-Elektronenstrahlerzeuger für ein Elektronenstrahlgerät usw.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Korrektursystem und
Fig. 2 ein Rundlinsen-Dublett für solch ein Korrektursystem, untergebracht in einem einzigen Gehäuse.
Ein Korrektursystem nach Fig. 1 umfaßt ein Hexapolsystem mit einem ersten Hexapol 2 und einem zweiten Hexapol 4. Ein erster Teil 1 des Korrektursystems umfaßt ein Rundlinsen-Dublett 7, mit einer ersten Rundlinse 8 und einer zweiten Rundlinse 10, und ist bezüglich eine Mittelebene 12 symmetrisch, die sereirecht zu einer optischen Achse 14 in der Mitte zwischen den beiden Rundlinsen verläuft. Die beiden Hexapole sind also austauschbar. Die vorzugsweise identischen Hexapole sind um die Knotenpunkte 16 und 18 zentriert, die wegen des symmetrischen Aufbaus des Rundlinsen-Dubletts 7 in der Mitte der Hexapole liegen. Wo es zutrifft, werden Ebenen senkrecht zur optischen Achse 14 durch die Knotenpunkte des Rundlinsen-Dubletts 7 als Knotenebenen 16' und 18' bezeichnet. In der abgebildeten Ausführungsform fällt ein erster Brennpunkt 20 der ersten Rundlinse 8 mit dem Knotenpunkt 16 zusammen, und ein zweiter Brennpunkt 22 der zweiten Rundlinse 10 flllt mit dem Knotenpunkt 18 des ersten Rundlinsen-Dubletts zusammen. Die beiden Rundlinsen 8 und 10 haben einen Abstand von 2f voneinander, so daß ein zweiter Brennpunkt 24 der ersten Rundlinse 8 mit einem ersten Brennpunkt 26 der zweiten Rundlinse 10 zusammenfällt, wobei beide Brennpunkte in der Mittelebene 12 liegen. Jeder Hexapol kann als Dublett aufgebaut sein, so daß durch Erregen der beiden Komponenten jedes Hexapols in geringfügig unterschiedlichem Ausmaß die Mittelpunkte axial verschoben werden können. Man kann also diese Punkte exakt mit den Brennpunkten der beiden Rundlinsen zusammenfallen lassen. Wie bereits erwähnt worden ist, kann jedes Hexapolfeld auch innerhalb eines Zwölfpolsystems angeregt werden, um das Erzeugen beispielsweise eines Zwölfpolfeldes zu ermöglichen, um nicht rotationssymmetrische Aperturabweichungen fünfter Ordnung, die durch reine Hexapolfelder verucacht werden, zu kompensieren. Es sollte daffr gesorgt werden, daß keine Dipol- und Quadrupolfelder, die die paraxialen Strahlen beeinflussen, in den Mchrpolelementen erzeugt werden.
Die beiden Rundlinsen setzen sich vorzugsweise aus elektromagnetischen Spulen zusammen, die so in Reihe geschaltet sind, daß sie gleiche, aber entgegengesetzte Ströme führen. Außerdem sind die Hexapole vorzugsweise identisch und ebenfalls die beiden Rundlinsen.
Zu dem bisher beschriebenen System wird ein zweites Rundlinsen-Dublett hinzugefügt, das somit einen kombinierten Korrektor 3 bildet. Dieses Dublett ist vorzugsweise identisch mit dem ersten Dublett 7 und umfaßt zwei Linsen 32 und 34.
Ein zweiter Brennpunkt 36 der zweiten Linse 34 fällt mit dem Knotenpunkt 16 des ersten Rundlinsen-Dubletts 7 zusammen. Die beiden Linsen 32 und 34 haben auch einen Abstand 2f voneinander, so daß ein erster Brennpunkt 38 der Linse 34 mit einem zweiten Brennpunkt 40 der Linse 32 zusammenfällt. Ein erster Knotenpunkt 42 der Linse 32 fällt mit einer komafreien Ebene 50 eines zu korrigierenden Linsensystems 51 zusammen. Dieses Linsensystem 51, beispielsweise eine Objektivlinse eines Elektronenmikroskops, hat eine Objektebene 52, von der aus ein Axialstrahl 54 und ein Feldstrahl 56, so wie angedeutet, durch das gesamte System veflaufen.
Der Feldstrahl tritt durch die Mittelpunkte beide Hexapole und wird von letzterem nicht beeinflußt. Das zweite Rundlinsen-Dublett 30 bildet die komafreie Ebene in die Mittelebene 16' des ersten Hexapols 2 ab, ohne eine zusätzliche achsenferne Abweichung einzubringen.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für ein Rundlinsen-System in Form eines Dubletts, wie die Dubletts 7 oder 30 in Fig. 1. Das System umfaßt zwei Spulen 60 und 62 und ein Eisenjoch 64, das mit zwei Spalten 66 und 68 versehen ist, über die die beiden gewünschten Linsenfelder erzeugt werden. Ein Zwischenteil 70 der ersteren Spule wird als Alternative angegeben, weil dieser Teil nur in einem Dublett vorhanden ist, in dem die beiden Spulen beide in gleicher Richtung erregt werden. Knotenpunkte 72 und 74 des Linsensystems fallen entweder mit den Mittelpunkten 20 und 22 der umgebenden Hexapole zusammen, wenn sie Teil des Dubletis 7 sind, oder mit dem komafreien Punkt 50 und der dem Mittelpunkt 20 des Hexapols 2, wenn sie Teil des Dubletts 30 sind.
Ein erfindungsgemeßes Korrektursystem knnn in Elektronenmikroskopen und ähnlichen verwendet werden. Wenn es mit einem zweiten Rundlinsen-Dublett versehen ist, um die komafreie Ebene eines zu korrigierenden Unsensystems zu übertragen, sollte dieses Dublett anschließend an das genannte Unsensystem liegen, gesehen in Fortpflanzungsrichtung des Strahlenbündeis geladener Teilchen. Das Korrektursystem ist besonders nützlich flir die Korrektur einer Objektivlinse in einem Elektronenmikroskop, wie in US 4.306.149 beschrieben wird.

Claims

1. Korrektursystem für ein hochauflösendes Gerät für ein Strahlenbündel geladener Teilchen, welches System folgendes umfaßt:

* einen ersten (2) und einen zweiten (4) Hexapol und

* ein Rundlinsen-System (7), das zwei Rundlinsen (8), (10) mit einer gleichen Brennweite umfaßt, von denen jede in einem Brennpunkrbstand von einer Mittelebene (16') (18') eines benachbaren Hexapols (2)(4) liegt, um die Mittelebene (16') des ersten Hexapols (2) in die Mittelebene (18') des zweiten Hexapols (4) abzubilden,

* wobei die Rundlinsen (8),(10) einen Abstand von zweimal ihre Brennweite voneinander haben,

dadurch gekennzeichnet, daß das System weiterhin umfaßt:

* ein zweites Rundlinsen-System (30), das zwei Rundlinsen (32), (34) mit einer gleichen Brennweite umfaßt und im Brennpunktabstand von einer Mittelebene (16') des ersten Hexapols (2) liegt,

* wobei die Rundlinsen (32), (34) des zweiten Rundlinsen-Systems (30) einen Abstand von zweimal ihre Brennweite voneinander haben.

2. Korrektursystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es, von einer Eintrittsebene (50) aus gemessen, ein 8f-Linsensystem bildet.

3. Gerät für ein Strahlenbündel geladener Teilchen, das mit einem Korrektursystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu korrigierendes komafreies Linsensystem (51) eingerichtet ist, eine komafreie Ebene (50) des genannten Linsensystems (51) in die Mittelebene (16') eines Eintrittshexapols (2) abzubilden.

4. Gerät für ein Strahlenbündel geladener Teilchen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein komafreier Punkt (42) einer zu korrigierenden Linse (51) nahe einer ihrer Austrittsbegrenzungsflächen liegt.

5. Gerät für ein Strahlenbündel geladener Teilchen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu korrigierende Linse (51) eine teilchensondenbildende Linse sein soll.

6. Gerät für ein Strahlenbündel geladener Teilchen nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Brennpunkt des zweiten Rundlinsen-Dubletts (30) mit einem komafreien Punkt (42) einer zu korrigierenden Linse (51) zusammenfällt, wobei das zweite Rundlinsen-Dublett (30) zwei Linsen (32,34) mit einem gegenseitigen Abstand von 2f umfaßt, wobei der zweite Brennpunkt (36) des zweiten Dubletts (30) mit dem Mittelpunkt (16) des ersten Hexapols (2) zusammenfällt.

7. Gerät für ein Strahlenbündel geladener Teilchen nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß elektromagnetische Spulen des zweiten Rundlinsen-Dubletts in Reihe geschaltet sind, so daß sie von einem Strom erregt werden, dessen Richtung der des Stroms, der die zu korrigierende Linse erregt, entgegengesezt ist.

8. Korrektursystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Elektronenstrahlengerät verwendet wird, das mit einer Elektronenquelle, die eine relativ kleine Energiestreuung hat, versehen ist.