CN113661556A - 带电粒子线装置 - Google Patents

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CN113661556A CN201980094928.1A CN201980094928A CN113661556A CN 113661556 A CN113661556 A CN 113661556A CN 201980094928 A CN201980094928 A CN 201980094928A CN 113661556 A CN113661556 A CN 113661556A
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Abstract

提供具有能修正色像差的绕组像差修正器的带电粒子线装置。多极透镜具有：磁性体芯(150)；多个电流线(101)～(112)；丝状的多个电极(301)～(312)；用于将多个电极固定于真空容器内的结构物的绝缘性的电极固定部(331)～(342)；和设于电极固定部与磁性体芯的中心轴之间且设为基准电位的导电性的屏蔽件(320)、(321)，多个电流线的主线部沿着磁性体芯的内壁相对于磁性体芯的中心轴而轴对称地配置，多个电极中的与磁性体芯的中心轴平行的部分相对于磁性体芯的中心轴而轴对称地配置。

Description

带电粒子线装置
技术领域
本发明涉及带电粒子线应用技术，特别涉及搭载了像差修正器的扫描电子显微镜、透射电子显微镜等带电粒子线装置。
背景技术
在以扫描电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscope)、扫描透射电子显微镜(STEM：Scanning Transmission Electron Microscope)等为代表的带电粒子线装置中，为了提升分辨率而导入像差修正器。作为像差修正器的类型之一而有以下像差修正器：由多级设置的多极透镜构成，作为通过产生电场或磁场来将多个多极场合并的多极透镜，将穿过内部的带电粒子线中所含的像差除去。专利文献1公开为使用来自多个电流线的磁场来使多极场产生的绕组型的像差修正器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2009-54581号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1中，通过使用电流线形成多极场，能实现比较廉价的多极修正系统的像差修正器，但要求高的机械上的位置精度，在该情况下，对电流线的配置要求高的位置精度。
通过使多极透镜具备磁性体芯，并在磁性体芯的内壁设置用于配置电流线的主线部的多个槽，所形成的多个槽使多个槽的中心相对于磁性体芯的中心轴而轴对称地配置，由此来缓和该对高的位置精度的要求。根据该结构，只要在周向以及径向上高精度地制作磁性体芯的槽的中心位置，就能基本消除槽中的电流线的配置位置的偏离给多极透镜产生的磁场强度带来的影响。
作为电子显微镜中所用的电子透镜的像差之一而有色像差，但若为了电子显微镜的高分辨率化而要修正色像差，就需要除了磁场以外还激发电场。因此，在利用了使用电流线的多极透镜的像差修正器(称作“绕组像差修正器”)中，需要激发电场，需要在多极透镜配置用于激发电场的电极。
用于解决课题的手段
一实施方式的带电粒子线装置具有：放出1次电子线的电子枪；被入射所述1次电子线且具有多级的多极透镜的像差修正器；被入射穿过所述像差修正器的1次电子线的物镜；和收纳电子枪、像差修正器以及物镜的真空容器，多极透镜具有：磁性体芯；多个电流线；丝状的多个电极；用于将多个电极固定于真空容器内的结构物的绝缘性的电极固定部；和设于电极固定部与磁性体芯的中心轴之间且设为基准电位的导电性的屏蔽件，多个电流线的主线部沿着磁性体芯的内壁相对于磁性体芯的中心轴而轴对称地配置，多个电极中的与磁性体芯的中心轴平行的部分相对于磁性体芯的中心轴而轴对称地配置。
发明的效果
提供具有能修正色像差的绕组像差修正器的带电粒子线装置。
其他课题和新的特征会从本说明书的技术以及附图得以明确。
附图说明
图1A是多极透镜的概观截面图(示意图)。
图1B是多极透镜的顶视图(示意图)。
图1C是设于磁性体芯的槽的中心位置的概观图(示意图)。
图2是电流线的概观图(示意图)。
图3是表示能重叠电场的多极透镜的结构的图。
图4是表示能重叠电场的多极透镜的结构的图。
图5是表示在磁性体芯设置非磁性间隔物的多极透镜的示例。
图6是磁性体芯的概观截面图。
图7是电子线装置的结构例。
图8A是表示穿过绕组像差修正器的电子束的轨迹的电子光学示意图。
图8B是表示穿过绕组像差修正器的电子束的轨迹的电子光学示意图。
具体实施方式
绕组像差修正器具有多级的多极透镜而构成。本实施例的多极透镜具有将使磁场产生的电流线配置在设于磁性体芯的内壁的槽的结构。使用图1A～图1C来说明本实施例的多极透镜中的使磁场产生的磁性体芯和电流线的配置。图1A是绕组像差修正器的1级相应量的多极透镜的概观截面图(示意图)，图1B是绕组像差修正器的1级相应量的多极透镜的顶视图(示意图)，图1C是设于磁性体芯的槽的中心位置的概观图(示意图)。磁性体芯150用纯铁、坡莫合金等磁性材料制作，具有圆筒形状，在其内壁设置在Z方向上延伸的槽151～162。如图1C所示那样，各槽的中心位置151a～162a相对于磁性体芯150的中心轴150a而轴对称地设置。即，配置槽151的中心位置151a以及槽157的中心位置157a，使得相对于中心轴150a在同一平面上成为轴对称。关于槽的中心位置152a以及槽的中心位置158a、槽的中心位置153a以及槽的中心位置159a、槽的中心位置154a以及槽的中心位置160a、槽的中心位置155a以及槽的中心位置161a、槽的中心位置156a以及槽的中心位置162a，也分别同样。另外，在该示例中，设置12个槽，但并不限定槽的数量。若将槽的数量设为k，则相邻的槽之间的角度以磁性体芯150的中心轴150a为旋转轴，成为以槽的数量k分割的角度(360°/k)。
电流线101～112分别使其主线部配置在设于磁性体芯150的槽151～162中。图2仅抽出电流线101～112而作为概观图(示意图)示出。以带电粒子线的光轴100为中心来配置由电流线101～电流线112构成的12个电流线。带电粒子线的光轴100与磁性体芯150的中心轴150a一致。
以图1A所示的电流线101为例来说明电流线的结构。电流线101设为四边形的电路形状，从未图示的电源供给电流。在电流线标注的箭头是所流过的电流的流向。以下如图1A所示那样，将电流线分成与该四边形的边分别对应的4个区间，将它们分别称作主线部121、连接部122、连接部123、返回线部124。主线部121是电流线当中的配置于磁性体芯的槽内的部分，连接部122、123是将主线部121从磁性体芯的外部导入到槽内或将主线部121从槽内导出到磁性体芯外部的部分，返回线部124是电流线当中的配置于磁性体芯的外部的部分。
多极场由来自主线部的磁场形成。在图2所示的绕组透镜(多极透镜)中省略电源，但在多极场的激发中需要以特定的分配流过电流。例如，作为用于激发2N极场(N是1以上的整数)的一个组合，若将对电流线101～112分别施加的电流设为I1～I12，则取得针对基准电流AN以(数学式1)求取的电流值的组合。
[数学式1]
Ii＝AN.Cos(N(i-1)π/6)···(数学式1)
(数学式1)表示激发单一的多极场的电流分配。对此，还能将不同的多个多极场重叠，在该情况下，电流线101～112分别与不同的电源连接。
在没有磁性体芯的现有的绕组透镜中，在主线部和返回线部中，由于电流的流向是相反的，因此基于返回线部的多极场有减弱基于主线部的多极场的作用。与此相对，在本实施例的绕组透镜中，通过在主线部121与返回线部124之间配置磁性体芯150，磁性体芯起到磁屏蔽件的作用，返回线部不对基于主线部的多极场带来影响。
在本实施例的多极透镜的情况下，所激发的磁场强度几乎不受配置于磁性体芯的槽内的电流线的主线部的位置精度的影响。现有的不使用磁性体芯的绕组像差修正器中，为了使所期望的磁场产生，对电流线的配置位置要求高的精度。与此相对，在本实施例的绕组像差修正器中，只要在周向以及径向上高精度地制作磁性体芯的槽的中心位置，槽中的电流线的配置位置的偏离就几乎不会给多极透镜产生的磁场强度带来影响，这成为在实际制作多极透镜来构成像差修正器时非常有利的特征。
使用图3以及图4来说明配置了与电流线所激发的磁场重叠地使电场激发的电极的多极透镜。图3是多极透镜的截面图。图3的截面图是包含光轴100(中心轴150a)的平面中的截面图。另外，在图4示出沿着图3所示的A-A线、B-B线、C-C线的截面图391、392、393。即，图4的截面图是与光轴100(中心轴150a)垂直的平面中的截面图。
使电场激发的电极301～312分别具有丝(wire)状，通过对电极301～312分别施加给定的电压来使所期望的电场产生。在此，将配置有绕组像差修正器的真空容器350的结构物保持在基准电位(GND)。因此，电极301～312分别通过电极固定部331～342而与周围的结构物绝缘，并将位置固定。例如，电极固定部构成为在表面形成有固定电极的槽的绝缘构件。在该示例中，在用于将光轴100所穿过的区域保持在真空、将配置有磁性体芯150的区域设为例如大气压的真空隔壁351设置电极固定部331～342。例如电极301通过设于上侧(电子源侧)的第1电极固定部331a、设于下侧(样品侧)的第2电极固定部331b而被固定。在该示例中，在每个电极设置电极固定部331～342，但例如也可以在位于磁性体芯150的上方和下方的真空隔壁351分别设置单一的绝缘构件，在绝缘构件设置用于配置电极的槽，来将电极的位置固定。另外，设有电极固定部的真空隔壁351是一例，也可以是其他真空容器内的结构物。
为了像差修正，对电极301～312谋求高的位置精度。具体地，需要与电极(与光轴100平行的部分)的光轴100(中心轴150a)的距离ε、从光轴100(中心轴150a)来看的相邻的电极彼此所成的角θ相等。在该示例中设有12个电极，与磁性体芯150的槽的数量相等，但也可以不与槽的数量(或电流线的数量)一致。若将电极的数量设为j，则相邻的电极间的角度以光轴100(磁性体芯150的中心轴150a)为旋转轴，成为以电极的数量j分割的角度(360°/j)。
在该示例中，使电极的数量和磁性体芯的槽的数量相等，且使电极与磁性体芯的槽对应地进行配置。即，在由夹着磁性体芯的中心轴150a对置的槽的中心形成的平面上，某电极中的与磁性体芯的中心轴平行的部分和其他电极中的与磁性体芯的中心轴平行的部分相对于磁性体芯的中心轴而对称地配置。具体地，在由槽151的中心位置151a以及槽157的中心位置157a形成的平面上，配置电极301以及电极307，使得相对于光轴100(中心轴150a)成为对称，在由槽152的中心位置152a以及槽158的中心位置158a形成的平面上，配置电极302以及电极308，使得相对于光轴100(中心轴150a)成为对称，在由槽153的中心位置153a以及槽159的中心位置159a形成的平面上，配置电极303以及电极309，使得相对于光轴100(中心轴150a)成为对称，在由槽154的中心位置154a以及槽160的中心位置160a形成的平面上，配置电极304以及电极310，使得相对于光轴100(中心轴150a)成为对称，在由槽155的中心位置155a以及槽161的中心位置161a形成的平面上，配置电极305以及电极311，使得相对于光轴100(中心轴150a)成为对称，在由槽156的中心位置156a以及槽162的中心位置162a形成的平面上，配置电极306以及电极312，使得相对于光轴100(中心轴150a)成为对称。
由于由电极301～312激发的电场依赖于由多极透镜激发的磁场，因此对电极301～312施加的电压的大小依赖于在构成多极透镜的电流线101～112流过的电流的大小。因此，通过如本实施例那样，使电极的数量和磁性体芯的槽的数量相等，且使电极与磁性体芯的槽对应地配置，能使绕组像差修正器的控制容易。但是，即使是数量、配置不同的情况，也能通过控制对电极施加的电压或流过电流线的电流，以使得将磁场的产生位置与电场的产生位置的位置偏离进行插补，来进行绕组像差修正器的控制。
另外，在本实施例中，在磁性体芯的上方设置第1屏蔽件320，在下方设置第2屏蔽件321。屏蔽件320、321是包围光轴100(中心轴150a)而设的导电体的筒状构件，配置成屏蔽件的中心轴与光轴100(中心轴150a)一致。屏蔽件320、321的电位被设为基准电位。例如，通过将屏蔽件320、321固定在基准电位的真空容器350的结构物，能进行屏蔽件320、321的定位并赋予基准电位。
屏蔽件320、321的作用之一在于，由于在光轴100的附近配置绝缘构件(电极固定部331～342)，因此这些绝缘构件从电子束隐藏。通过在光轴100与绝缘构件之间配置设为基准电位的屏蔽件320、321，即使是绝缘构件带电的情况，也不会给电子束带来不良影响。
屏蔽件320、321的作用的另一者在于，使基于电流线的磁场和基于电极的电场所作用的区域一致。因此，第1屏蔽件320的下表面期望位于与磁性体芯150的上表面相同的高度，或者位于比上表面低的位置，同样地，第2屏蔽件321的上表面期望位于与磁性体芯150的下表面相同的高度，或者位于比下表面高的位置。即，屏蔽件期望配置成其端部与磁性体芯的端部一致，或者与磁性体芯的内壁对置。在该情况下，电场和磁场所作用的区域变得相等，能使绕组像差修正器的控制容易。与此相对，在第1屏蔽件320的下表面位于比磁性体芯150的上表面高的位置以及/或者第2屏蔽件321的上表面位于比磁性体芯150的下表面低的位置的情况下，电场和磁场所作用的区域会不同，需要进行用于将该作用区域的差异相抵的控制。
另外，本实施例的多极透镜中使用的磁性体芯并不限于上述的形状，能有种种变形。例如设于磁性体芯的槽的形状能考虑卷绕容易度来确定。另外，也可以如图5所示那样，可以对磁性体芯150在Z方向上设置非磁性间隔物400。通过在非磁性间隔物400上设置电流线的连接部，来降低由连接部激发的6极场强度，能缓和对Z方向的位置谋求的精度。另外，图5是在磁性体芯150的上表面设置非磁性间隔物的示例，但也可以在上下表面双方设置非磁性间隔物。
进而，也可以如图6所示那样，并不设置到达磁性体芯的上下表面的槽，而是设置狭缝。狭缝501与磁性体芯550的其他部分相比壁厚更薄，在狭缝501的上端和下端设有将磁性体芯550的内壁和外壁贯通的贯通孔502、503。经过贯通孔502、503向狭缝501内配置电流线。在该结构中，消除了电流线的连接部的位置偏离的影响，能激发理想的基于绕组透镜的多极场。另外，即使相对于图1A所示的磁性体芯设为在磁性体芯的上下配置具有相同内径和外径的圆筒形状的磁性体盖的带上下盖的磁性体芯，也能得到同样的效果。
在图7示出装入以上说明的绕组像差修正器的电子线装置的结构例。从电子枪701放出的电子束(未图示)在会聚透镜702被成形为平行束，穿过绕组像差修正器703，在会聚透镜704受到会聚作用，通过物镜706而会聚在样品707上。这时会聚的斑点在中途通过扫描线圈705而受到偏向作用，从而在样品707上进行扫描。真空容器740内被设为真空，电子束直到从电子枪701到达样品707为止，都在维持为真空状态的过程中前进。在绕组像差修正器703中，对轴上的色像差和进行球面像差修正。绕组像差修正器703与电源711连接，通过从电源711输出的电压以及电流在绕组像差修正器703内激发电场或磁场的多极场。电源711进一步与进行系统整体的控制的计算机720连接。接受计算机720的命令来变更从电源711向绕组像差修正器703的输出值。
图8A～B是表示穿过绕组像差修正器的电子束750的轨迹的电子光学示意图。穿过绕组像差修正器703的电子束750根据方向而轨迹改变。在图8A示出从y方向(图7中的与纸面正交的方向)来看的轨迹(x轨迹)，在图8B示出从x方向(图7中的纸面的左右方向)来看的轨迹(y轨迹)。绕组像差修正器703由4级的多极透镜771～774构成，分别在多极透镜771～774激发4极场，以使得电子束750的轨迹通过在多极透镜771激发的4极场而分离成x轨迹和y轨迹，之后，在多极透镜772的位置x方向被会聚，在多极透镜773的位置y方向被会聚，在穿过多极透镜774后，x轨迹和y轨迹再度成为对称的轨迹(平行的轨迹)。为了形成这样的轨迹，需要在多极透镜771以及多极透镜774中使磁场或电场的任一者激发。在多极透镜772以及多极透镜773中使磁场以及电场双方激发。通过使用本实施例的绕组像差修正器，能修正色像差和球面像差。
另外，本发明并不限定于上述的实施例，包含种种变形例。例如上述的实施例为了易于理解地说明本发明而进行了说明，但不一定限定于具备说明的全部结构。另外，能将某实施例的结构的一部分置换成其他实施例的结构，另外，还能在某实施例的结构中加进其他实施例的结构。另外，能对各实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、置换。例如在实施例中，说明了在将多极透镜中使磁场产生的电流线配置在设于磁性体芯的内壁的槽内的方式，但也可以不设槽，而是沿着磁性体芯的内壁将多个电流线相对于磁性体芯的中心轴而轴对称配置。
附图标记的说明
100...光轴、101～112...电流线、121...主线部、122、123...连接部、124...返回线部、150、550...磁性体芯、151～162...槽、301～312...电极、320...第1屏蔽件、321...第2屏蔽件、331～342...电极固定部、350...真空容器、351...真空隔壁、391、392、393...截面图、400...非磁性间隔物、501...狭缝、502、503...贯通孔、701...电子枪、702、704...会聚透镜、703...绕组像差修正器、705...扫描线圈、706...物镜、707...样品、711...电源、720...计算机、740...真空容器、750...电子束、771～774...多极透镜。

Claims (8)

1.一种带电粒子线装置，其特征在于，具有：
放出1次电子线的电子枪；
被入射所述1次电子线且具有多级的多极透镜的像差修正器；
被入射穿过所述像差修正器的所述1次电子线的物镜；和
收纳所述电子枪、所述像差修正器以及所述物镜的真空容器，
所述多极透镜具有：磁性体芯；多个电流线；丝状的多个电极；用于将所述多个电极固定于所述真空容器内的结构物的绝缘性的电极固定部；和设于所述电极固定部与所述磁性体芯的中心轴之间且设为基准电位的导电性的屏蔽件，
所述多个电流线的主线部沿着所述磁性体芯的内壁相对于所述磁性体芯的中心轴而轴对称地配置，
所述多个电极中的沿着所述磁性体芯的中心轴延伸的部分相对于所述磁性体芯的中心轴而轴对称地配置。
2.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述多个电流线的数量和所述多个电极的数量相等。
3.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
在所述磁性体芯的内壁设有多个槽，所述多个槽的中心相对于所述磁性体芯的中心轴而轴对称地配置，所述多个电流线的主线部分别配置于所述磁性体芯的所述多个槽的任一者。
4.根据权利要求3所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述多个电极包含第1电极以及第2电极，
在由夹着所述磁性体芯的中心轴对置的所述槽的中心形成的平面上，所述第1电极中的与所述磁性体芯的中心轴平行的部分和所述第2电极中的与所述磁性体芯的中心轴平行的部分相对于所述磁性体芯的中心轴对称地配置。
5.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述屏蔽件是配置成所述屏蔽件的中心轴与所述磁性体芯的中心轴一致的筒状构件，
所述屏蔽件配置成所述屏蔽件的端部与所述磁性体芯的端部一致，或者配置成所述屏蔽件的端部与所述磁性体芯的内壁对置。
6.根据权利要求3所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述电流线具有将所述主线部从所述磁性体芯的外部导入到所述槽内、或者将所述主线部从所述槽内导出到所述磁性体芯的外部的连接部，
在所述电流线的连接部与所述磁性体芯之间配置非磁性间隔物。
7.根据权利要求3所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述电流线具有将所述主线部从所述磁性体芯的外部导入到所述槽内，或者将所述主线部从所述槽内导出到所述磁性体芯的外部的连接部，
具有与所述磁性体芯的所述槽的纵长方向对置的磁性体盖，
所述电流线的连接部配置在设于所述磁性体芯与所述磁性体盖之间的贯通孔内。
8.根据权利要求1所述的带电粒子线装置，其特征在于，
所述像差修正器具有4级的所述多极透镜，
在第1级以及第4级的所述多极透镜中使磁场或电场的任一者激发，在第2级以及第3级的所述多极透镜中使磁场以及电场激发。
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