CZ307259B6 - Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic - Google Patents
Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic Download PDFInfo
- Publication number
- CZ307259B6 CZ307259B6 CZ2016-597A CZ2016597A CZ307259B6 CZ 307259 B6 CZ307259 B6 CZ 307259B6 CZ 2016597 A CZ2016597 A CZ 2016597A CZ 307259 B6 CZ307259 B6 CZ 307259B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- pole piece
- objective lens
- electrode portion
- objective
- lens
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 46
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 7
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 34
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 3
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- -1 lithography Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011163 secondary particle Substances 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
- H01J37/10—Lenses
- H01J37/145—Combinations of electrostatic and magnetic lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/10—Lenses
- H01J2237/14—Lenses magnetic
- H01J2237/1405—Constructional details
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Objektivová čočka (100) pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic zahrnuje elektrodovou část (3) umístěnou alespoň částečně ve vývrtu objektivu (8) a druhou část (4). Tyto části spolu tvoří jeden magnetický celek a jsou vzájemně elektricky izolované. Přivedením elektrického napětí na elektrodovou část (3) dojde k vytvoření extrakčního elektrického pole ovlivňujícího dráhy signálních elektronů (7, 10) a tím dochází ke zlepšení detekčních vlastností zařízení. V případě takto konstruované čočky je navíc výrazně snížena možnost mechanického poškození elektrodové části (3) a nedochází ke zmenšení zorného pole zařízení. Prostor uvnitř objektivu (100) není extrakční elektrodou omezen a je možné do něj umístit běžná příslušenství k zařízení, například detektor (9).
Description
Tento vynález se obecně týká zařízení využívajícího svazek nabitých částic, kterými jsou například rastrovací elektronové mikroskopy, iontové mikroskopy, nebo litografické systémy. Přesněji se vynález týká elektromagnetické objektivové čočky sloužící k zaostření svazku nabitých částic.
Dosavadní stav techniky
Zařízení využívající svazku nabitých částic se uplatňují například v oblastech tavení a svařování materiálů, k povrchovým úpravám vzorků, modelování 3D struktur, obrábění a ionizaci materiálů, litografii, výrobě kovového prachu, depozici z plynné fáze, vytvrzování materiálů, nebo v elektronové mikroskopii. Pro ostření primárního částicového svazku na povrch zpracovávaného vzorku se používají zejména elektromagnetické nebo elektrostatické čočky.
Běžná elektromagnetická čočka je tvořena cívkou umístěnou do obalu, nazývaného také jako magnetický plášť, vyrobeného z feromagnetického materiálu, který tvoří magnetický obvod. Magnetický plášť zahrnuje část bezprostředně obklopující cívku tzv. jho a jeden nebo více pólových nástavců. V případě, že cívkou protéká elektrický proud, dochází v místě přerušení magnetického obvodu k vytvoření magnetického pole mezi pólovými nástavci magnetického pláště. V případě dvoupólového objektivu s axiální mezerou nebo téměř axiální mezerou mezi pólovými nástavci (též konvenční čočka), je intenzita magnetického pole v blízkosti primárního částicového svazku nejvyšší v oblasti ohraničené rovinami magnetických pólů čočky a průnik tohoto pole do oblasti zkoumaného vzorku je nevýznamný. U dvoupólových čoček s radiální nebo přibližně radiální mezerou mezi pólovými nástavci je naopak vzorek podstatným způsobem vnořen do magnetického pole čočky (tzv. imerzní pole či imerzní čočka). Imerzní magnetické pole může být vytvářeno také čočkou s jedním pólovým nástavcem (tzv. jednopólová čočka), kde intenzita magnetického pole směrem ke vzorku klesá pomaleji v porovnání s čočkami s radiální mezerou a imerzní magnetické pole je tak využitelné ve větším rozsahu pracovních vzdáleností. Využití čoček generujících imerzní magnetické poleje výhodné pro docílení vysokého rozlišení výsledného obrazu, zvláště pro nízké kinetické energie dopadajícího svazku, neboť takové objektivové čočky mají malé optické vady.
Při dopadu primárního svazku na vzorek může vzniknout množství takzvaných signálních částic, například sekundárních elektronů, zpětně odražených elektronů, iontů, fotonů nebo Augerových elektronů. Detekováním signálních částic a následným vyhodnocením těchto dat lze získat informace o vlastnostech studovaných vzorků, tedy například o struktuře povrchu nebo materiálovém složení vzorku. Detektory signálních částic mohou být umístěny v pracovní komoře nebo jsou umísťovány také dovnitř objektivu nebo nad objektiv blíže ke zdroji primárního svazku nabitých částic. V případě umístění detektoru do prostoru objektivu nebo nad objektiv je detekce signálních částic omezena pouze na signální částice schopné proletět nejprve vývrtem objektivu. Vývrtem objektivu je rozuměn jakýkoliv otvor v magnetickém plášti na optické ose oddělující prostor pracovní komory od prostoru uvnitř objektivu.
V případě, kdy je průnik magnetického pole čočky do oblasti vzorku nevýznamný, je podíl signálních částic schopných proletět vývrtem do objektivu, dán především geometrickým uspořádáním soustavy (např. průměrem vývrtu, vzdáleností vzorek-objektiv nebo náklonem vzorku). U objektivů s radiální mezerou mezi pólovými nástavci či u jednopólové čočky nabývá pro elektricky nabité signální částice dominantního vlivu imerzní magnetické pole čočky. Tyto částice se pohybují v imerzním magnetickém poli objektivové čočky přibližně po šroubovicích, jejichž osy jsou souhlasné s magnetickými indukčními čarami. Indukční čáry imerzního
- 1 CZ 307259 B6 magnetického pole jsou v oblasti mezi objektivovou čočkou a vzorkem téměř rovnoběžné s optickou osou primárního svazku částic a signální nabité částice jsou tak směřovány od vzorku ve směru optické osy.
Jsou-li signální částice rozptýleny pod velkým úhlem směrem od optické osy primárního částicového svazku, je množství signálních částic detekovaných pomocí detektoru umístěného v objektivu nebo nad objektivem malé. Počet částic dopadajících na tento detektor může být také redukován dalšími faktory, například zvyšující se vzdáleností vzorku od objektivu nebo tím, že magnetické imerzní pole nenavádí žádoucím směrem všechny signální částice a některé dokonce vrací zpět na vzorek. Dalším z faktorů je, že v prostoru pólového nástavce dochází k prudké změně vektoru magnetické indukce, což vede k rozptýlení elektricky nabitých signálních částic do tak velkého rozsahu úhlů, že velkou část z nich již příslušný detektor není schopen zachytit.
Tyto efekty je možno potlačit použitím takzvané extrakční elektrody, na kterou je přivedeno napětí, které je vyšší než napětí přivedené na vzorek. Ve vytvořeném elektrostatickém poli jsou signální nabité částice urychlovány ve směru od vzorku k objektivu (extrakce signálních částic) a následně pak směrovány do blízkosti detektoru. Extrakční elektroda může být umístěna mezi detektorem a vzorkem v objektivové čočce nebo může být umístěna mezi objektivem a vzorkem. Obecně platí, že čím dále je elektroda od oblasti vzniku signálních částic, tím větší napětí je na ni nutné přivést pro zachování stejné extrakční účinnosti. V případě umístění extrakční elektrody pod objektiv může dojít ke snížení rozsahu pracovních vzdáleností mikroskopu, a tím i jeho rozlišení. Také je zde riziko nechtěného kontaktu nabité elektrody se vzorkem a možné následné poškození vzorku či elektrody proudovým impulzem.
Japonský patent JPS63274049 znázorňuje extrakční elektrodu uvnitř axiální objektivové čočky. V tomto případě je extrakční elektroda umístěna uvnitř magnetického pole objektivové čočky. Nevýhodou tohoto řešení je umístění elektrody uvnitř vývrtu objektivu. Dochází tak ke zmenšení průměru vývrtu objektivu i v případě, kdy extrakční elektroda není využívána.
Patent US5412209 popisuje imerzní dvoupólovou objektivovou čočku s radiální mezerou mezi pólovými nástavci zahrnující extrakční elektrodu. Systém je koncipován pro analýzu vzorků s výraznými nerovnostmi na jejich povrchu. Kombinace magnetického pole čočky a elektrického pole elektrody zajišťuje extrakci signálních částic zjakéhokoliv místa vzorku, včetně dna prohlubní. Jako nejvýhodnější umístění extrakční elektrody se uvádí vývrt v pólovém nástavci. Kombinace čočky s jedním pólovým nástavcem a extrakční elektrody je popsána v patentu LJS5578822. Extrakční elektroda se v tomto případě nachází v prostoru oddělujícím první imerzní čočku a druhou konvenční čočku. Toto uspořádání s extrakční elektrodou zvyšuje množství elektronů dopadajících na detektor umístěný uvnitř objektivu.
Ve všech výše uvedených patentech je extrakční elektroda umístěna alespoň částečně do vývrtu objektivu. Toto uspořádání však představuje překážku pro umístění některých komponent do objektivu, například clony pro práci v nízkém vakuu, a také zmenšuje maximální dosažitelnou velikost zorného pole.
Patent EP0769799 popisuje objektiv mající elektrodu jako součást magnetického obvodu. Obsahem patentu je imerzní dvoupólový objektiv s radiální mezerou využívající jednoho z pólových nástavců jako akcelerační trubice pro regulaci energie elektronů dopadajících na vzorek. Současně může elektrické pole vytvořené akcelerační trubicí plnit funkci extrakční elektrody. Nicméně pro zachování funkce akcelerační trubice je nutné přivádět na tuto elektrodu napětí v řádu kilovoltů. Pólový nástavec je dle popsaného řešení elektricky rozdělen na horní pólový nástavec a dolní pólový nástavec, které mohou být vzájemně spojeny přes vrstvu izolantu. Kladné napětí je přivedeno na celý horní pólový nástavec.
Oproti tomu patent US6504164 popisuje jednopólovou imerzní objektivovou čočku, kde jediný magnetický pólový nástavec je dále elektricky rozdělen na horní část umístěný dále od vzorku a
-2 CZ 307259 B6 dolní část blíže ke vzorku. Kladné napětí je přivedeno na dolní část. Tyto části jsou od sebe odděleny izolačním materiálem nebo vzduchovou mezerou. Elektroda však v tomto patentu nemá extrakční funkci, ale má stejný potenciál jako vzorek a vytváří tak homogenní elektrické pole mezi vzorkem a objektivem. V případě patentu US6740888 je jednopólový objektiv elektricky rozdělen na horní a dolní část a tyto části jsou vzájemně odděleny vrstvou feritu. Na dolní část může být přivedeno napětí. Toto napětí však dle popisu vynálezu slouží k vytvoření homogenního pole mezi vzorkem a dolní částí a brzdného pole mezi dolní a horní částí magnetického pólového nástavce.
V poslední době se stále častěji objevují také zařízení kombinující více svazků nabitých částic. Mohou existovat například zařízení pracující s elektronovým a iontovým svazkem, případně svazkem fotonů sloužících pro opracování nebo pozorování vzorku. Tato kombinovaná zařízení umožňují například sledovat pomocí elektronového mikroskopu postup opracovávání vzorku prostřednictvím iontů nebo fotonů. Při opracovávání vzorku se uvolňuje velké množství sekundárních nabitých částic. Tyto částice mohou působením magnetického pole vytvářeného imerzní objektivovou čočkou pronikat skrze vývrt objektivu do vnitřního prostoru objektivu a následně i na detektor signálních částic a zapříčinit zvýšení šumu detektoru nebo jeho poškození, případně poškození dalších součástí, jako například extrakčních elektrod. Těmto efektům je možno zabránit přivedením napětí na extrakční elektrodu, které působí odpudivou silou na výše zmíněné sekundární nabité částice a omezit tak jejich průnik do objektivu.
Další aplikací používanou v zařízeních využívajících svazek nabitých částic je připouštění plynů nebo aerosolů do komory se vzorkem během jeho opracovávání, které například napomáhají ionizaci nebo odvádějí náboj z povrchu nevodivých vzorků. Vzhledem k tomu, že tlak uvnitř tubusu mikroskopuje zpravidla nižší než tlak uvnitř vakuové pracovní komory, mají tyto částice plynů a aerosolů tendenci pronikat z vakuové pracovní komory do objektivu a dále do tubusu zařízení, kde mohou interagovat například s detektorem nebo extrakční elektrodou a snížit detekční či rozlišovací schopnosti zařízení nebo jej poškodit. Množství částic pronikajících z pracovní komory je možné regulovat pomocí redukční apertury, která snižuje vnitřní průměr vývrtu objektivu. Tu však není zpravidla možné použít v případě, kdy je extrakční elektroda umístěna běžným způsobem uvnitř vývrtu objektivu, a to zejména z důvodu nebezpečí poškození elektrody či z důvodů prostorových. Oproti tomu, pokud je extrakční elektroda umístěna pod objektivem blíže ke vzorkuje možněji snadno poškodit mechanicky nebo elektrickým výbojem jak bylo popsáno výše. Navíc takto umístěná elektroda zpravidla snižuje rozsah pracovních vzdáleností zařízení. Pokud je extrakční elektroda umístěna výše v objektivu, mezi vývrtem objektivu a zdrojem primárních částic, je pro zachování její účinnosti nutné přivádět na takovou elektrodu řádově vyšší napětí, což může výrazně negativně ovlivňovat trajektorie nabitých částic uvnitř čočky a také překážet umístění jiných zařízení, například detektorů, do prostoru objektivové čočky.
Podstata vynálezu
Výše zmíněné nedostatky odstraňuje objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic obsahující níže popsanou extrakční elektrodu. Tato čočka může být použita samostatně nebo jako součást objektivu majícího více čoček. Svazek nabitých částic, který je produkován primárním zdrojem nabitých částic, je veden tubusem pomocí prostředků pro vedení nabitých částic (například centrovacích cívek či elektrod, rastrovacích cívek, clon a dalších známých prostředků) a je objektivovou čočkou usměrňován na vzorek, který je umístěný ve vakuové pracovní komoře. Po dopadu primárního svazku na vzorek může dojít k emisi signálních částic, například sekundárních elektronů, zpětně odražených elektronů nebo sekundárních iontů. Tyto částice mohou být následně detekovány detektorem signálních částic.
Podstatou nového řešení je rozdělení pólového nástavce objektivové čočky na elektrodovou část pólového nástavce, také nazývanou extrakční elektroda, a na druhou část tak, že obě části spolu
-3 CZ 307259 B6 tvoří z hlediska magnetického obvodu jeden magnetický pólový nástavec a tvoří tedy jeden magnetický celek. Obě zmíněné části mohou být vyrobeny ze stejných nebo různých magneticky měkkých materiálů. Elektrodová část pólového nástavce je uzpůsobena k připojení na zdroj elektrického napětí a je možné na ni přivádět elektrické napětí. Elektrodová část pólového nástavce tvoří alespoň z části vývrt objektivové čočky. Elektrodová část navíc nezmenšuje průměr vývrtu objektivu, a proto lze prostor uvnitř objektivu, a především v okolí vývrtu objektivu neomezeně využít například pro umístění detektoru, vakuové clony nebo dalších pomocných elektrod. Není také negativně ovlivněna velikost maximálního zorného pole.
Díky integraci elektrodové části přímo do pólového nástavce může být extrakční napětí přiváděné na elektrodovou část pólového nástavce řádově nižší (desítky až stovky V), než pokud by byla samostatná extrakční elektroda umístěna dále od vzorku do prostoru uvnitř objektivové čočky nebo ještě blíže ke zdroji primárních částic. Možnosti přivádět nízké napětí na extrakční elektrodu lze také dosáhnout ztenčením materiálu pólového nástavce, který leží mezi extrakční elektrodou a vzorkem. V objektivových čočkách, zejména jednopólového typu, však dochází k vysokým magnetickým tokům a v takto ztenčené vrstvě magnetického materiálu může snadno dojít k jeho nežádoucí magnetické saturaci. Integrací elektrodové části z magnetického materiálu do pólového nástavce je dosaženo toho, že dochází k zachování extrakční účinnosti při nízkém napětí přiváděném na elektrodovou část pólového nástavce a současně nedochází k výraznému snížení objemu magnetického materiálu pólového nástavce a riziko přesycení objektivu je tedy nižší.
Elektrický potenciál elektrodové části pólového nástavce může být regulovatelný tak, aby byl vyšší, nižší či rovný potenciálu na druhé části pólového nástavce nebo potenciálu přivedenému na vzorek. Rozdíl potenciálů lze zvolit podle požadovaného druhu a množství signálních částic, které mají být extrahovány nebo odstíněny.
Současně je elektrodová část pólového nástavce umístěna tak, aby nemohlo dojít ke kontaktu se vzorkem či jiným zařízením v komoře. Jinými slovy je elektrodová část pólového nástavce umístěna tak, že vnitřní průměr elektrodové části pólového nástavce je stejný nebo větší než průměr druhé části pólového nástavce a současně je elektrodová část pólového nástavce umístěna dále od vzorku než druhá část pólového nástavce v podélném směru objektivové čočky, která je umístěna blíže ke vzorku, vždy však tak, aby alespoň část elektrodové části byla umístěna v oblasti ohraničené rovinami kolmými na optickou osu v nejvyšším a nejnižším bodě vývrtu objektivu.
Elektrodová část pólového nástavce může být umístěna buď zcela uvnitř vývrtu objektivu, nebo částečně uvnitř a částečně vně vývrtu objektivu ve směru ke zdroji primárních částic.
Navržená čočka dle předkládaného vynálezu je dále charakterizována tím, že elektrodová část pólového nástavce je od druhé části oddělená vrstvou materiálu s velkou rezistivitou, větší než ΙΟ6 Ω·πι při 20 °C nebo větší než ΙΟ10 Ω·πί při 20 °C nebo větší než 1018 Ω·πί při 20 °C nebo větší než ΙΟ24 Ω·ιη při 20 °C. Tato vrstva materiálu musí být dostatečně silná, aby nedocházelo k přenosu elektrického náboje mezi elektrodovou a druhou částí pólového nástavce, a dostatečně tenká, aby výrazně neovlivňovala tok magnetického pole materiálem pólového nástavce a následně magnetického pole vytvářeného objektivem. Díky nízkému napětí, které může být menší než 1000 V nebo menší než 500 V nebo menší než 300 V nebo menší než 100 V nebo menší než 50 V, přiváděnému na elektrodovou část magnetického pólového nástavce může být tloušťka vrstvy velmi malá. Tloušťka vrstvy může být menší než 0,2 mm nebo menší než 0,1 mm nebo menší než 0,06 mm nebo menší než 0,02 mm nebo menší než 0,01 mm tak, aby docházelo pouze k minimální deformaci magnetického pole sloužícího k fokusaci svazku nabitých částic.
Přivedením kladného napětí na elektrodovou část pólového nástavce se vytvoří elektrické pole umožňující ovlivňování trajektorií signálních částic. Tímto elektrodová část pólového nástavce usnadňuje extrakci signálních částic ze vzorku a zároveň vytváří elektrostatickou čočku v okolí
-4CZ 307259 B6 vývrtu objektivu, která napomáhá směrovat signální částice na detektor umístěný v prostoru objektivu. Napětí přiváděné na elektrodovou část pólového nástavce lze plynule i skokově regulovat. Pomocí velikosti napětí přiváděného na elektrodovou část pólového nástavce lze regulovat množství signálních částic pronikajících do vývrtu objektivu. Přiváděním kladného napětí na elektrodovou část pólového nástavce dojde současně k vytvoření potenciálové bariéry, a tím k omezení průniku nežádoucích kladně nabitých částic do tubusu. Toto řešení umožňuje snížit pracovní vzdálenost při pozorování procesů, při nichž vznikají kladně nabité částice (například při současném opracovávání svazkem iontů nebo fotonů).
V případě aplikace záporného napětí na elektrodovou část pólového nástavce se vytvoří ve vývrtu objektivu potenciálová bariéra omezující průnik signálních částic se záporným nábojem, čehož lze využít například pro energiovou fdtraci signálních elektronů.
Objasnění výkresů
Obrázek 1: Schematický řez objektivovou čočkou
Obrázek 2: Schematický řez objektivovou čočkou
Obrázek 3: Schematický řez objektivovou čočkou
Obrázek 4: Schematický řez detailu příkladů objektivu
Obrázek 5: Schematické znázornění zařízení se dvěma svazky nabitých částic
Příklady uskutečnění vynálezu
Na obrázku 1 je znázorněn schematický řez dvoupólovou objektivovou čočkou 100 s radiální mezerou pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic, kde objektivová čočka 100 zahrnuje rotačně symetrický pólový nástavec 1 umístěný koncentricky s optickou osou 2. Tento pólový nástavec 1 je dále rozdělen na elektrodovou část 3, pólového nástavce 1 a druhou část 4, pólového nástavce 1, které jsou od sebe odděleny vrstvou materiálu s velkou rezistivitou (není zobrazen), například teflonem o tloušťce 50 pm. Elektrodovou částí 3 a druhou částí 4, pólového nástavce 1 protéká magnetické pole buzené cívkou 5 a současně elektrodová část 3 a druhá část 4 mohou mít rozdílný elektrický potenciál. Imerzní magnetické pole objektivové čočky 100 fokusuje svazek nabitých částic na vzorek 6. Svazek dopadající na povrch vzorku 6 generuje signální částice, z nichž část tvoří záporně nabité částice 7, například sekundární elektrony. Na elektrodovou část 3, pólového nástavce 1 je přivedeno kladné napětí VI, například o velikosti 50 až 200 V, které působí přitažlivou silou na záporně nabité částice 7 v magnetickém poli a přitahuje je do vývrtu 8 objektivu objektivové čočky 100 a napomáhá jejich směrování na detektor 9 sekundárních částic. Naopak částice 10 s kladným nábojem, například kladně nabité ionty, jsou elektrickým polem odpuzovány a je omezen jejich průnik do objektivové čočky 100. Elektrické pole je vytvářeno napětím na elektrodové části 3, pólového nástavce 1, umístěného koncentricky s optickou osou 2 objektivové čočky 100.
Obrázek 2 zobrazuje řez dalšího z možných uspořádání objektivové čočky 100 dle vynálezu s odlišným umístěním detektoru 9 signálních částic a napětím V2 přivedeným na vzorek 6. Detektor 9 signálních částic je umístěn v objektivové čočce 100 ze strany skrz otvor v pólovém nástavci 1. Na vzorek 6 může být přivedeno napětí sloužící pro zpomalení dopadajících primárních částic a urychlení či zpomalení signálních částic 7 a 10. Vhodně zvoleným napětím V2 přiváděným na vzorek 6 a napětím VI přiváděným na elektrodovou část 3, pólového nástavce 1 je možné regulovat množství a povahu signálních částic 7 pronikajících do objektivové čočky 100.
-5CZ 307259 B6
Obrázek 3 zobrazuje řez dalšího z možných uspořádání dvoupólové objektivové čočky 100 s axiální mezerou mezi pólovými nástavci. Vzorek 6 a druhá část 4 magnetického pólu 1 jsou uzemněny a napětí V2 je přivedeno na elektrodovou část 3, pólového nástavce L V případě tohoto druhu čočky nedochází k vytvoření silného imerzního magnetického pole a napětí V2 přivedené na elektrodovou část 3 magnetického pólu 1 je tak nezbytné pro přivedení signálních elektronů na detektor 9. Na obrázku 4a a 4b jsou zobrazeny příklady umístění elektrodové částí 3, pólového nástavce 1 objektivové čočky 100. Elektrodová část 3 a druhá část 4 jsou vzájemně odděleny vrstvou 11 s vysokou rezistivitou. Integrace elektrodové části 3 do pólového nástavce 1 umožňuje zachovat účinnost extrakce signálních částic 7 a 10 při aplikaci relativně nízkého napětí na elektrodovou část 3 a díky zachování objemu pólového nástavce 1 umožňuje zabránit jeho přesycení protékajícím magnetickým polem. Obrázek 4a zobrazuje elektrodovou část 3, pólového nástavce 1 ohraničenou vývrtem objektivu 8 a umístěnou koncentricky s optickou osou
2. Druhá část 4, pólového nástavce 1 je uzpůsobena k instalaci elektrodové části pomocí odnímatelné části 17 druhé části 4, pólového nástavce 1. Nejkratší vzdálenost elektrodové části 3 pólového nástavce 1 od optické osy 2 je stejná jako nejkratší vzdálenost druhé části 4, pólového nástavce 1 od optické osy 2 a současně nejkratší vzdálenost elektrodové části 3, pólového nástavce 1 od vzorku 6 je větší než nejkratší vzdálenost druhé části 4, pólového nástavce 1 od vzorku 6. Obrázek 4b zobrazuje elektrodovou část 3, pólového nástavce 1 částečně ohraničenou vývrtem objektivu 8, přičemž nejkratší vzdálenost elektrodové části 3, pólového nástavce 1 od optické osy 2 je stejná jako nejkratší vzdálenost druhé části 4, pólového nástavce 1 od optické osy 2 a současně nejkratší vzdálenost elektrodové části 3, pólového nástavce 1 od vzorku 6 je větší než nejkratší vzdálenost druhé části 4, pólového nástavce 1 od vzorku 6.
Na obrázku 5 je zobrazeno zařízení skládající se z iontového tubusu 12 a elektronového tubusu 13 využívajících svazku 15 iontů a svazku 16 elektronů. Iontový tubus 12 i elektronový tubus 13 jsou umístěny na stejné vakuové pracovní komoře 14, kde iontový svazek 15 a elektronový svazek 16 primárních nabitých částic dopadají na stejný vzorek 6. Při interakci primárního iontového svazku 15 se vzorkem 6 dochází k odstraňování materiálu z povrchu vzorku 6 a vzniká množství signálních částic, například kladně nabitých iontů 10. Primární elektronový svazek 16 slouží k zobrazování vzorku 6. Elektronový svazek 16 po nárazu na vzorek emituje ze vzorku záporně nabité částice 7, například sekundární elektrony, které jsou pomocí magnetického pole objektivové čočky 100 a elektrodové části 3, pólového nástavce 1, na kterou je přivedeno kladné napětí, směrovány do vývrtu objektivu 8 a jsou detekovány pomocí detektoru 9 zobrazeného na obrázku 1 či 2 v elektronovém tubusu 13. Naopak částice 10 s kladným nábojem, například kladně nabité ionty, jsou od vývrtu objektivu 8 odpuzovány.
Vynález není omezen pouze na příklady uspořádání elektrodové části 3 a druhé části 4 pólového nástavce 1, ale průměrnému odborníkovi v oboru mohou být zřejmé i další možné kombinace a použití objektivových čoček 100 s elektrodou částí 3 a druhou částí 4 pólového nástavce 1 s alespoň jedním detektorem 9 a stejně tak možnost využití objektivové čočky 100 v kombinaci s jinými zařízeními sloužícími pro pozorování nebo opracování vzorku 6, při kterých mohou vznikat nabité částice 7 a 10.
Claims (17)
1. Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic zahrnující alespoň jeden pólový nástavec (1), cívku (5), vývrt (8) objektivové čočky (100) a detektor signálních částic (9) vyznačující se tím, že alespoň jeden pólový nástavec (1) objektivové čočky (100) se skládá z elektrodové části (3) pólového nástavce (1) uzpůsobené pro připojení ke zdroji elektrického napětí a druhé části (4) pólového nástavce (1), které spolu tvoří jeden magnetický celek, přičemž je elektrodová část (3) pólového nástavce (1) je elektricky izolovaná od druhé části (4) pólového nástavce (1) a dále elektrodová část (3) pólového nástavce (1) tvoří alespoň zčásti vývrt (8) objektivové čočky (100), kde elektrodová část (3) pólového nástavce (1) je umístěna dále od vzorku (6) než druhá část (4) pólového nástavce (1) v podélném směru objektivové čočky (100).
2. Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektrodová část (3) pólového nástavce (1) a druhá část (4) pólového nástavce (1) jsou odděleny rezistivní vrstvou (11), jejíž elektrická rezistivitaje větší než ΙΟ6 Ω·ιη při 20 °C.
3. Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že rozdíl potenciálů elektrodové části (3) a druhé části (4) pólového nástavce (1) je větší nebo roven 0 V a menší než 500 V.
4. Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že rozdíl potenciálů elektrodové části (3) a druhé části (4) pólového nástavce (1) je větší nebo roven 500 V a menší než nebo roven 1000 V.
5. Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že vnitřní průměr vývrtu objektivu (8) v rovině kolmé na optickou osu (2) v úrovni elektrodové části (3) pólového nástavce (1) je stejný nebo větší než vnitřní průměr vývrtu objektivu (8) v rovině kolmé na optickou osu (2) v úrovni druhé části (4) pólového nástavce (1).
6. Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že druhá část (4) pólového nástavce (1) zahrnuje také odnímatelné části (17) druhé části (4) pólového nástavce (1).
7. Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že nejméně jeden svazek nabitých částic tvoři iontový svazek (15) a/nebo elektronový svazek (16).
-7CZ 307259 B6
Seznam vztahových značek:
1 - Pólový nástavec
2- Optická osa
3- Elektrodová část pólového nástavce
4- Druhá část pólového nástavce
5- Cívka
6- Vzorek
7- Záporně nabité částice
8- Vývrt objektivu
9- Detektor signálních částic
10- Kladně nabité částice
11- Rezistivní vrstva
12- Iontový tubus
13- Elektronový tubus
14- Pracovní komora
15- Iontový svazek
16- Elektronový svazek
17- Odnímatelná část pólového nástavce
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-597A CZ2016597A3 (cs) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic |
| DE102017122013.5A DE102017122013A1 (de) | 2016-09-26 | 2017-09-22 | Objektivlinse für ein Gerät, das von wenigstens einem gebündelten Strahl geladener Teilchen Gebrauch macht |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-597A CZ2016597A3 (cs) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ307259B6 true CZ307259B6 (cs) | 2018-05-02 |
| CZ2016597A3 CZ2016597A3 (cs) | 2018-05-02 |
Family
ID=61563688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2016-597A CZ2016597A3 (cs) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2016597A3 (cs) |
| DE (1) | DE102017122013A1 (cs) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0333018A2 (de) * | 1988-03-17 | 1989-09-20 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Objektivlinse zur Fokussierung geladener Teilchen |
| US20070187598A1 (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-16 | Ichiro Tachibana | Scanning electron microscope and apparatus for detecting defect |
| US20080121810A1 (en) * | 2006-10-25 | 2008-05-29 | Hermes-Microvision, Inc. | System and method for a charged particle beam |
| US20080135755A1 (en) * | 2006-12-11 | 2008-06-12 | Hitachi High-Technologies Corporation | Scanning Electron Microscope |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63274049A (ja) | 1987-05-06 | 1988-11-11 | Horon:Kk | 走査型電子顕微鏡 |
| DE69224506T2 (de) | 1991-11-27 | 1998-10-01 | Hitachi Instruments Eng | Elektronenstrahlgerät |
| JP3942108B2 (ja) | 1994-04-12 | 2007-07-11 | エフイーアイ カンパニー | 二次電子用検出器を具えた粒子‐光学装置 |
| DE69638126D1 (de) | 1995-10-19 | 2010-04-01 | Hitachi Ltd | Rasterelektronenmikroskop |
| JP4162343B2 (ja) | 1999-12-24 | 2008-10-08 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 電子線装置 |
| JP4005411B2 (ja) | 2002-05-15 | 2007-11-07 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 電子線装置 |
-
2016
- 2016-09-26 CZ CZ2016-597A patent/CZ2016597A3/cs unknown
-
2017
- 2017-09-22 DE DE102017122013.5A patent/DE102017122013A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0333018A2 (de) * | 1988-03-17 | 1989-09-20 | ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH | Objektivlinse zur Fokussierung geladener Teilchen |
| US20070187598A1 (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-16 | Ichiro Tachibana | Scanning electron microscope and apparatus for detecting defect |
| US20080121810A1 (en) * | 2006-10-25 | 2008-05-29 | Hermes-Microvision, Inc. | System and method for a charged particle beam |
| US20080135755A1 (en) * | 2006-12-11 | 2008-06-12 | Hitachi High-Technologies Corporation | Scanning Electron Microscope |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Mitsuo Suga, et al.: Recent progress in scanning electron microscopy for the characterization of fine structural details of nano materials, Progress in Solid State Chemistry, Vol. 42, Nr. 1 - 2, pages 1 - 21, doi:10.1016/j.progsolidstchem.2014.02.001, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079678614000028 May 2014 * |
| Petr Wandrol, Ernst Jan Vesseur: A New Compound Lens Equipped UHR SEM, The 16th European Microscopy Congress 2016, Session: Instrumentation and Methods, Lyon, France, DOI: 10.1002/9783527808465.EMC2016.6681, 28.08.- 02.09.2016 http://emc-proceedings.com/abstract/a-new-compound-lens-equipped-uhr-sem/ * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102017122013A1 (de) | 2018-03-29 |
| CZ2016597A3 (cs) | 2018-05-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4215282B2 (ja) | 静電対物レンズ及び電気走査装置を装備したｓｅｍ | |
| JP5395118B2 (ja) | 電子顕微鏡システム用対物レンズおよび電子顕微鏡システム | |
| US6825475B2 (en) | Deflection method and system for use in a charged particle beam column | |
| US7064325B2 (en) | Apparatus with permanent magnetic lenses | |
| EP1566826B1 (en) | Particle source with selectable beam current and energy spread | |
| KR102373865B1 (ko) | 하전 입자 빔 시료 검사 시스템 및 그 동작 방법 | |
| TWI435362B (zh) | 帶電粒子裝置 | |
| EP1028452A2 (en) | Scanning electron microscope | |
| JP6341680B2 (ja) | 集束イオン・ビームの低ｋＶ強化 | |
| US10886101B2 (en) | Charged particle beam device | |
| KR20020070386A (ko) | 하전 입자 빔 장치용 대물렌즈 | |
| EP2478546B1 (en) | Distributed ion source acceleration column | |
| JP2004327439A (ja) | 永久磁気レンズおよび静電レンズを備える粒子光学装置 | |
| US8742342B2 (en) | Electron microscope | |
| TW202034367A (zh) | 複數帶電粒子束之裝置 | |
| JP2001185066A (ja) | 電子線装置 | |
| JPS62223957A (ja) | ハイブリツド荷電粒子光学系 | |
| Frank et al. | Strtegies for low-and ver-low-energy SEM | |
| JP2007095576A (ja) | 荷電粒子線装置および荷電粒子線フォーカス制御方法 | |
| JP2011171296A (ja) | イオンを集束および蓄積する装置、および圧力領域を分離する装置 | |
| JPH025337A (ja) | 荷電粒子線装置及びこれによる試料観察方法 | |
| JP7190436B2 (ja) | イオン源デバイス | |
| CZ307259B6 (cs) | Objektivová čočka pro zařízení využívající nejméně jednoho svazku nabitých částic | |
| CZ2017566A3 (cs) | Zařízení s iontovým tubusem a rastrovacím elektronovým mikroskopem | |
| US20230065039A1 (en) | Particle beam column |