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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aberrationskorrektureinrichtung für Ladungsteilchenstrahlen in einem optischen System einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und auf eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit der Aberrationskorrektureinrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Unter den Vorrichtungen, die mit einem Strahl von Elektronen oder innen arbeiten, die eine Art von Ladungsteilchen darstellen, spielen eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung wie etwa ein Elektronenmikroskop zum Fokussieren und Bestrahlen einer Probenoberfläche mit Elektronen, um darauf ein Bild zu erzeugen, eine Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung oder eine Ionenstrahlvorrichtung eine wichtige Rolle in einem großen technischen Gebiet. Zum Fokussieren eines Ladungsteilchenstrahls in diesen Vorrichtungen wird eine Elektronenlinse bestehend aus Elektroden oder Magnetpolen verwendet. Bei der Verwendung der Elektronenlinse, wie vorstehend beschrieben, tritt das Problem der elektrooptischen Aberration auf. Im Allgemeinen verstärkt sich in der rotationssymmetrisch aufgebauten Elektronenlinse die Fokussierfunktion an außerhalb der Achse gelegenen Positionen näher an den Magnetpolen, wodurch die Elektronenlinse als konkave Linse fungieren kann. Weiter bewirkt die Wechselwirkung eines elektromagnetischen Felds mit dem Ladungsteilchenstrahl eine Störungskomponente höherer Ordnung, die zu einer Aberration führt, durch die ein von einem bestimmten Punkt emittierter Ladungsteilchenstrahl je nach Einfallbedingung auf die Linse einer leichten Streuung ausgesetzt wird, wie in der Technik bekannt. Aus diesen Gründen beeinflussen auch bei einer idealen Punktlichtquelle deren Emissionswinkelverteilung und Trajektoriemittelachse den Bilderzeugungspunkt so, dass er sich endlich ausbreitet, wodurch so genannte Strahlunschärfe entsteht. Diese Art von Aberration bewirkt eine verminderte Auflösung und ist eine ernste Ursache für eine Verschlechterung der Genauigkeit bei der Untersuchung von Proben bzw. bei der Feinbearbeitung jeweils mit dem fokussierten Ladungsteilchenstrahl.
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Bei der Abschätzung der Aberration in dem rotationssymmetrischen System zeigt die Perturbationstheorie, dass für einen kleinen Einfallswinkel α zur rotationssymmetrischen Achse sowohl eine sphärische Aberration, die proportional zur dritten Potenz von α ist, als auch eine chromatische Aberration auftreten, die proportional zu einer Abweichung dV der Beschleunigungsenergie –V ist, und unter Vernachlässigung von außerhalb der Achse liegenden Gliedern höherer Ordnung kann die Strahltrajektorieabweichung δ auf der Achse mit folgender Gleichung ausgedrückt werden: δ = Csα3 + Cc(dV/V)α (1) wobei Cs einen sphärischen Aberrationskoeffizienten und Cc einen chromatischen Aberrationskoeffizient angeben. Die Gleichung 1 besagt, dass bei Vorliegen von Strahlstromverteilung und Energiedispersion eine von α abhängige Strahlunschärfe auf der Achse eintritt. Im Allgemeinen gilt für die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung je breiter die Extraktion des von der Lichtquelle emittierten Ladungsteilchenstrahls, desto mehr breitet sich die Trajektorieverteilung in der Fokussierlinse aus, wodurch der Betrag der Aberration vergrößert wird. Um den Aberrationsbetrag zu verringern, wird ein Verfahren verwendet, bei dem die Elektronenlinse, die eine Quelle der Aberration darstellt, intensiv angeregt wird, um den Brennpunkt und die Arbeitslänge zu verkürzen und um die Trajektoriedispersion, das heißt die Unschärfe zu verringern.
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Bei einem alternativen Verfahren zur Korrektur dieser Art von Aberration ist ein Aberrationskorrekturverfahren vorgeschlagen worden, bei dem viele Stufen rotationsasymmetrischer Mehrpole mit Blick auf die Steuerung der Dispersion und Fokussierung angeordnet sind (siehe zum Beispiel H. Rose, Nucl. Instrum. Meth., A519, 12). Insbesondere sind eine sphärische Aberrationskorrektureinrichtung mit einem System mit vier Stufen von Sechspolen oder Vierpolen und drei Stufen von Achtpolen des Magnetfeldtyps, die abwechselnd angeordnet sind, oder eine chromatische/sphärische Aberrationskorrektureinrichtung auf der Grundlage eines Elektromagnetpols mit 12 Polen vorgeschlagen worden.
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Für alle Elektromagnetpole, die ein Mehrpolkorrektursystem wie vorstehend bilden, ist äußerst hohe Genauigkeit bei der mechanischen Bearbeitung und Anordnung erforderlich. Die Korrektur einer leichten Aberration ist empfindlich für den Einfluss von Rauschen und Stromversorgungsschwankungen, und daher sind verschiedene hoch stabile Stromversorgungen und Einstellmaßnahmen nötig. Außerdem tritt bei dem Magnetfeldtyp mit Magnetpolen das Problem der Magnetisierungshysterese auf, das für Unregelmäßigkeiten der Eigenschaften verantwortlich ist. Insbesondere im Falle eines vorstehenden Magnetpols, wie ihn die Aberrationskorrektureinrichtung besitzt, erzeugt ein dafür verwendetes Material mit hoher Durchlässigkeit einen Faktor, der ein externes magnetisches Rauschen induziert. Andererseits stehen in dem elektrostatischen System einem Strahl im Vakuum technisch ausgereifte Isolierstrukturen gegenüber, was zu einer Verunreinigung führt, die für eine Drift verantwortlich sind, deren Einfluss für die Zwecke der praktischen Anwendung verringert werden muss.
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Wegen der vorstehend genannten Probleme aufgrund technischer Schwierigkeiten und der hohen Kosten ist das Mehrpolkorrektursystem bisher nur bei einigen Arten von Elektronenmikroskopen angewendet worden. Zur Lösung der vorstehenden Probleme kann eine mühevolle technische Aufgabe zur Realisierung eines Mehrpolkorrektursystems, das die Durchführung sehr genauer Einstellungen ermöglicht, preiswert und einfach erledigt werden.
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Einrichtungen zur Aberrationskorrektur mit zur Strahlenachse parallelen Spulenstränge, die alternierend gleich- und gegensinnig von Strom durchflossen werden und dadurch ein Multipol-Magnetfeld erzeugen, sind in
US 4 303 864 A und
US 4 251 728 A offenbart. Dem bei der Erfindung verwendeten Multipol-Magnetfeld ähnliche elektrostatische Felder mit geeignet geformten Polelektroden werden in M. Szilagyi, ”Electron and Ion Optics”, Plenum Press, 1988, ISBN 0-306-42717-6, pp. 52–67 betrachtet. Allgemeine Informationen zur Aberrationskorrektur finden sich in H. Rose et al., ”Aberration correction in Electron Microscopy”, Proc. of Particle Accelerator Conference 2005, Knoxville, Tennessee, 44.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung beabsichtigt die Beseitigung der Probleme, die bei dem herkömmlichen Fehlerkorrektursystem in dem rotationssymmetrischen System auftreten, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines preiswerten und sehr genauen optischen Fokussierungssystems mit hoher Auflösung zur Verwendung mit Ladungsteilchenstrahlen.
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Zur Erreichung des vorstehenden Ziels sieht die vorliegende Erfindung die in Patentanspruch 1 definierte Aberrationskorrektureinrichtung vor. Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
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Nach der vorliegenden Erfindung können die Probleme, die bei einem herkömmlichen Aberrationskorrektursystem in dem rotationssymmetrischen System auftreten, gelöst werden, und ein preiswertes und sehr genaues optisches Fokussierungssystem mit hoher Auflösung zur Verwendung mit Ladungsteilchenstrahlen kann bereitgestellt werden.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines Spulensystems.
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2 zeigt eine Aufsicht des Aufbaus des Spulensystems von oben.
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3 zeigt ein Diagramm mit der Beziehung zwischen der Anzahl von Leitungen N des Spulensystems und der Intensität des Magnetfelds.
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4A bis 4D zeigen Aufsichten des Aufbaus von Spulensystemen von oben.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht im Längsschnitt einer Konfiguration der Anordnung von Spulen.
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5 zeigt eine Längsschnittansicht der Hauptteile eines Durchlicht-Elektronenmikroskops.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht im Längsschnitt einer schematischen Konfiguration eines Vakuumrohrs und einer Korrektureinrichtung.
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8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer schematischen Konfiguration eines Abschnitts, an dem der Strahl die Korrektureinrichtung passiert.
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9 zeigt eine Längsschnittansicht, die in Diagrammform den Strahl und die Spulen veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Allgemeinen wird für einen Strahldeflektor zum Beispiel einer Elektronenstrahl-Zeicheneinrichtung, bei der Reproduzierbarkeit und ein gleichmäßiges Magnetfeld erforderlich sind, eine Luftkernspule mit verteilter Wicklung benutzt. In einem Mehrpolsystem für die Aberrationskorrektur kann ebenfalls eine ähnliche Wirkung erwartet werden, indem Mehrpole mit Wicklungsspulen vorgesehen werden, ohne auf Magnetpole zurückzugreifen. Mit anderen Worten, durch Wegfall der Magnetpole und durch Erzeugung eines Korrekturmagnetfelds durch Verwendung einer einfachen Wicklung kann der Einfluss von Hysterese und Bearbeitungsgenauigkeit des Magnetpols ausgeschaltet werden. Darüber hinaus kann durch Aufrechterhaltung des Vakuums, das den Strahlengang in der Korrektureinrichtung umgibt, mit einem nicht magnetischen Material in Rohrform und durch Verhinderung von Gasentladung auch die Verunreinigung verringert werden. Weil das Magnetfeld nicht auf einen Ladungsteilchenstrahl mit einer Geschwindigkeit von 0 (null) wirkt, kann der Einfluss von isolierenden Fremdstoffen, die bei der Produktion eingemischt werden, verringert werden und Beständigkeit gegen unerwünschte Elektrifizierung kann erwartet werden.
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Eine Lösung für das Problem der Kosten und Bearbeitbarkeit ist davon abhängig, wie das Korrekturfeld, das heißt das Mehrpolfeld mit vereinfachter Wicklung eingerichtet werden kann. Ein Beispiel einer Anschlussleitung für diesen Zweck wird nachstehend beschrieben. Eine Stromflussleitung, die linear parallel zur Strahlachse angeordnet ist und für die angenommen wird, dass sie eine unendliche Länge aufweist, wird hier beschrieben. Ein Magnetfeld H an einem Punkt, der um die Länge L von dem linearen Strom I entfernt ist, ist gegeben durch: H = I/(2πL) (2)
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Anhand von 1, die in perspektivischer Form den Aufbau eines Spulensystems zeigt, wird ein Fall beschrieben, bei dem die Spulen 2 eines Spulensystems mit einer Anzahl von Leitungen N = 2 symmetrisch zur Achse des Strahls 1 an Radialpositionen mit dem Radius R angeordnet sind. Unter der Annahme eines Abstands von r zur Spule 2 von dem Strahl 1 und der achsenparallelen Bedingung von r << R kann ein Magnetfeld Br näherungsweise bestimmt werden mit: Br = (I/2π){1/R – r) – 1/(R + r)}
≅ Ir/(πR2) (3)
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In gleicher Weise ist ein zu der Spule 2 senkrechtes Magnetfeld Br gegeben durch: Br ≅ Ir/(πR2) (4)
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Hierbei ist wichtig, dass die mit den Gleichungen 3 und 4 angegebenen Magnetfelder in radialen Richtungskomponenten aufgehoben und in wechselseitig inversen Drehrichtungen angeregt werden. Wie ebenfalls ersichtlich, liefert die achsenparallele Magnetfeldverteilung einen Vierpol, der linear proportional zu r ist. Im Einzelnen wird, wenn ein kreisförmiger Strahl 1 auf das Spulensystem mit den Spulen 2 in 1 auftrifft oder in dieses eintritt, von dem Magnetfeld eine astigmatische Wirkung in der Richtung der Spulen 2 und in einer dazu senkrechten Richtung ausgeübt, mit dem Ergebnis, dass ein Projektionsbild 3 verformt wird. In 2 ist ein weiterer Spulenaufbau in Aufsichtform von oben gezeigt, wobei ein 4-Leitungs-Spulensystem 2 im Gegensatz zu dem 2-Leitungs-Spulensystem 2 in 1 gezeigt ist. Wie aus der Abbildung ersichtlich, wirkt in diesem Fall ein Drehmagnetfeld Br als Achtpol.
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Die Relation zwischen der Anzahl von Spulenleitungen N und der Magnetfeldintensität ist in Diagrammform in 3 gezeigt. Die Anzahl von Leitungen N der Spulen 2 wird in Verbindung mit der durch die Gleichung 2 angegebenen Relation geändert, und Magnetfelder werden dann an Positionen in den Richtungen der Spulen von der Strahlachse und an in Umfangsrichtung mit gleichmäßigem Abstand verteilten Positionen berechnet. Auf der Abszisse ist der Radius von der Mittelachse des Strahls angegeben, während die Ordinate die Magnetfeldintensität angibt. Mit zunehmender Anzahl von Leitungen N wächst die Ordnung, und der Gradient des Leitungssegments in dem Diagramm wird steil. Es ist zu erkennen, dass in dem System mit N = 4 eine Magnetfeldverteilung eines Achtpols eintritt, die abhängig von demselben kubischen Term wie bei der sphärischen Aberration in Gleichung 1 zunimmt.
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Abschließend können durch Ansetzen der Anzahl von Leitungen mit N = 2, 3, 4 und 6 der vorstehend genannte magnetische Vierpol, Sechspol, Achtpol und Zweipol, die jeweils für die Aberrationskorrektur wichtig sind, realisiert werden, wie vorstehend beschrieben. Sodann liefert jede der Feldverteilungen ein sich um die Strahlachse drehendes Magnetfeld und kann direkt eine stärkere Fokussierwirkung ausüben als die übliche rotationssymmetrische Linse. Spulenaufbauten ähnlich dem Aufbau in 2 sind von oben gesehen zusammen mit einem Projektionsbild 3 in Form einer Aufsicht in 4A bis 4D gezeigt, die das 2-Leitungssystem, das 3-Leitungssystem, das 4-Leitungssystem bzw. das E-Leitungssystem betreffen. Die Konvergenz/Divergenz des Projektionsbilds, das sich als ein Doppelwellenmuster entsprechend der Stromrichtung ändert, ist in Diagrammform entsprechend der Anzahl von Leitungen N der Spulen 2 gezeigt. Zusammenfassend wird eine Gruppe von Spulen, die längs einer Strahlemissionsachse angeordnet werden sollen, so angeordnet, dass sie durch die Kontur von Radialebenen verlaufen, die jeweils von der Strahlemissionsachse ausgehen, die eine Drehachse darstellt, und jeweils einen Kreisbogen aufweisen, der einen Teilungswinkel einschließt, der sich aus der Teilung einer Umfangsebene durch eine natürliche Zahl größer als 2 ergibt, so dass ein überlagertes Magnetfeld auf der Einfallsachse des Ladungsteilchenstrahls erzeugt werden kann und die Trajektorie des Ladungsteilchenstrahls durch das überlagerte Magnetfeld gesteuert werden kann, wodurch eine Korrektureinrichtung zur Korrektur des Ladungsteilchenstrahls hinsichtlich seiner Aberration bereitgestellt wird.
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Durch Austausch des herkömmlichen Mehrpolsystems mit den einfachen parallelen Stromleitungen kann eine wirtschaftliche Korrektureinrichtung realisiert werden. Im Einzelnen können für die normalerweise verwendete Aberrationskorrektur die Vierpole und Achtpole durch ein System mit N = 2 Leitungen bzw. ein System mit N = 4 Leitungen ersetzt werden, das Sechspolsystem kann durch ein System mit N = 3 Leitungen ersetzt werden und das Zweipolsystem kann durch ein System mit N = 6 Leitungen ersetzt werden.
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Erste Ausführungsform
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Auf der Grundlage des vorstehenden Prinzips wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Während die vorliegende Ausführungsform anhand von Elektronen beschrieben wird, die Ladungsteilchen darstellen, kann die Korrektureinrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch für die Verwendung von Ionen angewendet werden, die positive Ladungsteilchen darstellen. Weiter wird als ein Beispiel für die Anwendung der Aberrationskorrektureinrichtung der Teil einer Ausführungsform, der hauptsächlich für magnetische Vierpole und Achtpole sowie Zweipole mit elektromagnetischer Überlagerung angewendet wird, kurz beschrieben, aber deren Anwendung in Kombination mit einem Doppellinsen-Sechspolsystem, einer elektrostatischen Korrektureinrichtung und dergleichen kann ebenfalls möglich sein.
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In 5 ist eine Konfiguration der Anordnung von Spulen in Form einer perspektivischen Ansicht im Längsschnitt gezeigt. Eine Leitung ist ringförmig auf einen ringförmigen Spulenkern 5 gewickelt, der ein Vakuumrohr 4a umgibt, um eine Spule zu bilden, und die Spulen sind übereinander gestapelt, um ein Spulensystem zu bilden. Vom Aufbau her ist der Spulenkern 5 in senkrechter Richtung im Verhältnis zur Hauptachse eines Strahls 1 beweglich, während das Innere des nicht magnetischen Vakuumrohrs 4 mittig um die mit Unterdruck beaufschlagte Spule angeordnet bleibt. Dies sorgt dafür, dass die Achsenausrichtung des Spulenkerns 5 mit der Trajektorie des Strahls 1 erreicht werden kann. Mechanisch können die Spulen frei gedreht und senkrecht in der atmosphärischen Umgebung angeordnet werden. Wenn der zu der Spule fließende Strom abgeschaltet wird, wird die Funktion der Spule deaktiviert, und daher kann eine gemeinsame vorläufige Leitung im Voraus unter Berücksichtigung von mechanischen Bearbeitungsfehlern, einfacher Einstellung und Massenproduktion bereitgestellt werden. Zur Erleichterung der Einstellung und Verringerung des Einflusses von unerwünschter Aberration ist darüber hinaus das hintere Ende der Spulen möglichst weit von dem Strahl 1 entfernt angeordnet.
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Im Einzelnen sind in dem Beispiel in 5 die Spule 6 des Systems mit zwei Leitungen mit N = 2 und die Spule 7 des Systems mit vier Leitungen mit N = 4 abwechselnd übereinander gestapelt, um ein Vierpolsystem und ein Achtpolsystem zur Korrektur von sphärischer Aberration zu bilden. Durch die in Zusammenhang mit 3 und 4A bis 4D erläuterte Wirkung kann der Gedanke ähnlich der herkömmlichen Aberrationskorrektur auf der Grundlage des Systems mit mehreren Polen genutzt werden, wie nachstehend beschrieben. Der Strahl 1 tritt zunächst in die erste Stufe von Spule 6 des 2-Leitungssystems ein, wird durch die Wirkung des Vierpolfelds verschiedenen Aktionen der Fokussierung und Divergenz in senkrechter Richtung unterzogen und wird auf Trajektorien versetzt, die durch durchgehende bzw. gestrichelte Linien dargestellt sind. Die nachfolgende Stufe von Spule 7 des 4-Leitungssystems bildet ein Achtpolfeld, und der Strahl 1 erfährt eine starke Ablenkung in Richtung der durchgehenden Linie, die seitlich von der Achse verläuft, wird jedoch kaum durch eine Ablenkung in Richtung der gestrichelten Linie beeinflusst. Der Strahl 1 wird weiter der Ablenkungswirkung durch die Spulen 7 des 4-Leitungssystems der mittleren und unteren Stufen ausgesetzt, wodurch er so beeinflusst wird, dass ein negativer sphärischer Aberrationskoeffizient insgesamt in einer beliebigen Richtung erzeugt werden kann. Danach werden jeweils die Bearbeitungsbeträge und die Bearbeitungsabstände eingestellt und justiert, so dass ein positiver sphärischer Aberrationskoeffizient einer rotationssymmetrischen Fokussierlinse 8 der untersten Stufe aufgehoben werden kann. Wetter sind elektrisch leitfähige Filme 6a und 7a auf die Isolierschichtoberflächen der Verdrahtung von Spule 6 des 2-Leitungssystems bzw. von Spule 7 des 4-Leitungssystems gelegt, um einzelne koaxiale Abschirmungsabschntte zu bilden, durch die von der Verdrahtung ausgehendes Rauschen verhindert werden kann.
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In 6 sind die Hauptteile eines Durchlicht-Elektronenmikroskops im Längsschnitt gezeigt, um ein Beispiel zu zeigen, bei dem der Aufbau nach der vorliegenden Erfindung in ein Durchlicht-Elektronenmikroskop eingebaut ist. Ein von einer Elektronenquelle 9 emittierter Elektronenstrahl 1 wird mit einer Einfallslinse 10 konvergiert und auf eine Probe 11 abgestrahlt. Unter der Probe 11 ist eine Grenzapertur 12 vorgesehen, um einen gewünschten Kontrast zu erhalten. Nach Passieren der Probe 11 wird der Elektronenstrahl mit einer Objektivlinse 14 und einer Grenzapertur 12 fokussiert und veranlasst, in eine Wicklungskorrektureinrichtung 13 in einer im Wesentlichen parallelen Beziehung dazu einzutreten. Danach wird eine negative sphärische Aberration erzeugt, so dass die sphärische Aberration der Objektivlinse 14 kompensiert und aufgehoben werden kann. Eine Zwischenlinse 15 und eine Projektionslinse 16 wirken weiter auf den Elektronenstrahl ein, und ein Projektionsbild 3 wird auf einem Leuchtschirm 17 erzeugt.
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In 6 verwendet die Wicklungskorrektureinrichtung 13 keinerlei magnetisches Material und vorteilhafterweise kann sie durch Hysterese und Störungen aufgrund unerwünschter elektromagnetischer Felder kaum beeinflusst werden. Mit einer Magnetfeldabschirmung die um die Wicklungskorrektureinrichtung 13 angebracht ist, kann eine effiziente Magnetfeldabschirmung erreicht werden. Weiter kann durch Anlegen einer Spannung an das Vakuumrohr 4 die Betriebsempfindlichkeit der Wicklungskorrektureinrichtung 13 eingestellt werden. Die vorliegende Ausführungsform ist am Beispiel des Durchlicht-Elektronenmikroskops beschrieben worden, aber weil es ausreicht, dass die Wicklungskorrektureinrichtung 13 lediglich mit dem Vakuumrohr zum Umgeben der Trajektorie des Strahls im Vakuum versehen ist und einfach in einer Lücke zwischen dem Vakuumrohr und der Linse angeordnet ist, kann die vorliegende Ausführungsform auch auf ein Durchlicht-Rasterelektronenmikroskop, ein Rasterelektronenmikroskop, eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl usw. angewendet werden.
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Zweite Ausführungsform
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Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Ein Vakuumrohr und eine Korrektureinrichtung sind in 7 schematisch in Form einer perspektivischen Ansicht im Längsschnitt gezeigt. Die Korrektureinrichtung ist so aufgebaut, dass sie ein elektromagnetisches Zweipol-Korrektursystem aufweist, wie teilweise gezeigt. In 7 sind Halbleitersubstrate 22, die jeweils mit einem Verdrahtungsmuster und einer Stromversorgungsschaltung gebildet sind, mit einem nicht magnetischen Vakuumrohr 4 zur Aufrechterhaltung des Vakuums in radialer Richtung von dem Vakuumrohr verbunden. In dem Zweipolsystem, in dem zusätzlich zu der sphärischen Aberration auch die chromatische Aberration korrigiert wird, indem die Wirkungsdifferenz aufgrund der elektromagnetischen Kraft genutzt wird, ist eine Überlagerung der Magnetfeldwirkung und der elektrischen Feldwirkung nötig. Daher sind in dem in 7 gezeigten Aufbau eine Spule mit zwei Leitungen mit einer bipolaren Leitung 18 zum Trennen der Trajektorie von Strahl 1, eine Spule mit sechs Leitungen mit einer Sechspolleitung 19 zum Erzeugen der Zweipolwirkung, ein Stromverstärker 20 zum Anlegen des Anregungsstroms an die Spule mit sechs Leitungen, eine Spannungsquelle 21 zum Anlegen einer Vorspannung, ein Stromverteilungswiderstand 21a und ein Schaltungselement 21b mit einem Verbindungsschalter angeordnet.
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Nach dem Elektronen/Optik-Ähnlichkeitsprinzip ist bekannt, dass in der Magnetfeldspule, wie vorstehend beschrieben, die Einengung der Stromstärke und der Spulengröße mit einem konstanten Verhältnis dieselbe Strahltrajektorie liefern kann. Jüngste Fortschritte in der Technik der mikroelektromechanischen Systeme (MEMS) machen feine Verdrahtungsarbeiten möglich, und daher kann, wenn die Verdrahtung in der Größenordnung von mehreren zig Mikrometern zum Beispiel mit der Technik der Feinbearbeitung von Magnetkopf und Halbleiter hergestellt werden kann, die Korrektureinrichtung ganz erheblich verkleinert werden, und außerdem kann die Strahltrajektorie mit einer Schwachstromqueue gesteuert werden. Besonders vorteilhaft kann bei der Herstellung der Wicklungskorrektureinrichtung der Vorteil der Herstellung einer Spule in Form eines Wicklungsmusters auf einem gedruckten Substrat oder einem Halbleitersubstrat genutzt werden.
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Wie in 7 gezeigt, kann das Wicklungskorrektursystem, das speziell mit Magnetfeldern allein arbeitet, auf einer mit einer gestrichelten Linie gezeigten Vergrößerungsfläche 21c des Halbleitersubstrats 22 gebildet sein. Wenn diese Verdrahtung als Mikroverdrahtung mit Hilfe der neuesten Lithographietechniken gebildet werden kann, lässt sich nicht nur eine Verringerung der Stromversorgungskapazität sicherstellen, sondern es kann auch eine Vereinbarkeit zwischen einer hohen Empfindlichkeit der Korrektureinrichtung und ihrer hohen Genauigkeit erreicht werden. Zusätzlich kann durch Verwendung der Mehrlagentechnik für Halbleiter auch eine koaxiale Abschirmungsstruktur vorhanden sein, und somit kann auch der Einfluss von Rauschen verringert werden. Auch bei einem starken Beschleunigungsstrahl, der hoch stabile hohe Ströme erfordert, kann durch Verwendung der Korrektureinrichtung mit dem in 7 gezeigten Aufbau die Wärmeableitung zur Atmosphäre verbessert werden und die Wärmekapazität kann verringert werden. Weiter können durch Auslegen der Korrektureinrichtung in der Weise, dass sie mit einer Kühlvorrichtung gekühlt werden kann, sehr stabile hohe Ströme auf der Grundlage von Supraleitfähigkeit erhalten werden.
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Bezüglich der Kosten können die in 5 oder 7 gezeigten einzelnen Spulen in Reihe geschaltet werden oder die Magnetfeldintensität kann durch die Anzahl der Wicklungen eingestellt werden, um dadurch die Anzahl der Stromversorgungen zu verringern. Auch können durch Einstellen des Anregungsstroms mit Hilfe von mit den einzelnen Spulen parallel geschalteten Widerständen die Anzahl der Stromversorgungen verringert und die Kosten für die Teile gesenkt werden. Weiter können aufgrund des Fehlens von Hysterese im Prinzip alle Korrektureinrichtungen für die Anzahl von Wicklungen und die Wicklungsrichtung eingestellt und so verbunden werden, dass sie mit hoher Reproduzierbarkeit durch Verwendung nur einer Stromversorgung betrieben werden können.
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In der Praxis ist die Achsenfehlausrichtung zwischen dem Strahl und der Korrektureinrichtung, die auf Fehler in der Dimensionierung der Wicklung der Korrektureinrichtung zurückzuführen ist, ein schwer wiegendes Problem, aber dieses Problem kann leicht gelöst werden. Ein Abschnitt der Korrektureinrichtung, den der Strahl passiert, ist so aufgebaut, wie dies in 8 in Form einer perspektivischen Ansicht schematisch gezeigt ist. Weil ein in dem Wicklungssystem erzeugtes Magnetfeld eine Überlagerung einzelner Wicklungslagen bewirkt, kann die relative Verschiebung bezogen auf den Strahl 1 angegangen werden, indem ein der Ablenkwirkung entgegengesetzter Strom durch einen Abgleichdeflektor 24 geleitet wird. Im Falle des 4-Leitungssystems kann ein entgegengesetzter Strom durchgeleitet werden, der geeignet ist, eine Ablenkwirkung in der relativen Richtung zu bewirken. Im Falle des 2-Leitungssystems wird zunächst das 4-Leitungssystem gebildet, und durch Korrektur des 4-Leitungssystem für die Ablenkwirkung und die astigmatische Aberrationswirkung kann ein elektrischer Abgleich erreicht werden, um der Fehlausrichtung der Strahlachse zu begegnen.
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Weiter ist eine Hilfsstromleitung 26 nahe den Hauptstromleitungen 25 an den Spitzen eines Dreiecks angeordnet, und die Achsenfehlausrichtung kann mit der Hilfsstromleitung 26 korrigiert werden. Je nach Stärke und Richtung des Stroms in der Hilfsstromleitung 26 auf der rechten und der linken Seite der Hauptstromleitungen 25 kann die Achse des Strahls auf Vektorbasis nach rechts und links sowie vor und zurück verschoben werden.
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In dem herkömmlichen Mehrpolsystem können die Einfallsposition und die Ablenkempfindlichkeit eingestellt werden, aber die Bearbeitungsmitte kann nicht gesteuert werden. Wenn sich der Schnittpunkt des Strahls nicht an einer theoretischen Position befindet, sind daher individuelle Einstellungen nur schwer zu erreichen. In dem Wicklungssystem kann die Bearbeitungsmitte jedoch relativ frei eingestellt werden. Zu diesem Zweck sind zwei Stufen von Spulen angeordnet, und die Stärke der Ströme, mit denen diese versorgt werden, wird geregelt. Die strukturelle Beziehung zwischen dem Strahl und der Spule ist in 9 als Diagramm in Form eines Längsschnitts gezeigt. Wie aus der Abbildung ersichtlich, kann durch getrenntes Leiten der Ströme I1 und I2 zu den Spulen 2a und 2b der zwei Stufen ein Schnittpunkt eines Azimutwinkels, gesehen in Emissionsrichtung des Strahls 1, und der Achse, das heißt die Position der Bearbeitungsmitte ohne weiteres eingestellt werden.
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Wie vorstehend beschrieben, kann nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Korrektur der Aberration von Ladungsteilchenstrahlen, die zum Beispiel zur allgemeinen Anwendung der Aberrationskorrektur geeignet ist, mit extremer Kompaktheit einschließlich der Stromversorgung und zu niedrigen Kosten realisiert werden. Folglich kann ein preiswertes und sehr genaues optisches Fokussierungssystem mit hoher Auflösung zur Verwendung mit Ladungsteilchenstrahlen bereitgestellt werden, das die Probleme des herkömmlichen Aberrationskorrektursystems in dem rotationssymmetrischen System löst.
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Weiter ist für den Fachmann ersichtlich, dass, obwohl die vorstehende Beschreibung sich auf Ausführungsformen der Erfindung bezieht, die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist und verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung und vom Umfang der anliegenden Ansprüche abzuweichen.
