DE102013020399B4

DE102013020399B4 - Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration und Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE102013020399B4
Application number: DE102013020399.6A
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Sawada; Fumio Hosokawa
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: DE102013020399A1; JP2014116219A; JP6054730B2; US20140158901A1; US8785880B2

Abstract

Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration zur Verwendung mit einem Elektronenmikroskop (10), wobei die Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration aufweist:ein erstes Multipol-Element (110) zum Erzeugen eines ersten elektromagnetischen Felds; undein zweites Multipol-Element (120) zum Erzeugen eines zweiten elektromagnetischen Felds;wobei das erste Multipol-Element (110) einen ersten Teil (110a), einen zweiten Teil (110b) und einen dritten Teil (110c) aufweist, welche entlang einer optischen Achse (OA) angeordnet sind;wobei jeder des ersten Teils (110a), des zweiten Teils (110b) und des dritten Teils (110c) eine Dicke in der Laufrichtung eines Elektronenstrahls (EB) hat und ein Quadrupolfeld erzeugt, in welchem ein elektrisches Quadrupolfeld und ein magnetisches Quadrupolfeld überlagert sind; dadurch gekennzeichnet, dassim ersten Teil (110a) das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt ist;im zweiten Teil (110b) das magnetische Quadrupolfeld stärker als das elektrische Quadrupolfeld eingestellt ist; undim dritten Teil (110c) das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt ist;wobei der zweite Teil (110b) eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente erzeugt, welche den durch den ersten (110a) und den dritten Teil (110c) erzeugten Zweifach-Astigmatismus-Komponenten im Vorzeichen entgegengesetzt ist; undwobei das zweite elektromagnetische Feld bezüglich des ersten elektromagnetischen Felds um 90 Grad um die optische Achse (OA) verdreht ist;wobei das erste Multipol-Element (110) mehrere sich vom ersten Teil (110a) zum dritten Teil (110c) erstreckende Elektroden (112a...d) aufweist und wobei die Elektroden (112a....d) in jedem des ersten Teils (110a), des zweiten Teils (110b) und des dritten Teils (110c) einheitliche elektrische Quadrupolfelder erzeugen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration und ein Elektronenmikroskop.
Beschreibung des Stands der Technik
In einem Elektronenmikroskop wie einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) oder einem Rasterelektronenmikroskop (REM) ist chromatische Aberration ein die Auflösung verschlechternder Faktor. Wenn chromatische Aberration korrigiert wird, verbessert sich die Auflösung.
Zum Beispiel offenbart Patentdokument 1 eine Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration zum Korrigieren chromatischer Aberration mittels zweier Multipol-Elemente, von welchen jedes eine Dicke entlang der optischen Achse eines Elektronenstrahls hat und ein elektromagnetisches Feld erzeugt. In der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration aus Patentdokument 1 wird eine negative chromatische Aberration erzeugt, um eine positive chromatische Aberration in einer Objektivlinse auszulöschen. Somit wird die chromatische Aberration in der Objektivlinse korrigiert.
Spezieller weist die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration aus Patentdokument 1 ein erstes Multipol-Element mit einer ersten Dicke entlang der optischen Achse eines Ladungsteilchenstrahls, welches ein erstes statisches elektromagnetisches Feld von zweifacher Symmetrie erzeugt, ein zweites Multipol-Element mit einer zweiten Dicke entlang der optischen Achse, welches ein zweites statisches elektromagnetisches Feld von zweifacher Symmetrie erzeugt, und eine zwischen dem ersten und dem zweiten Multipol-Element angeordnete Übertragungslinse auf. Im ersten und im zweiten statischen elektromagnetischen Feld löschen zweifache magnetische Astigmatismen des Ladungsteilchenstrahls einander unter gegebenen Bedingungen aus. Im ersten und zweiten Multipol-Element werden Zerstreuungslinsenwirkungen durch eine Kombination von Aberrationen in Quadrupolfeldern mit Dicken erzeugt.
Druckschriftenverzeichnis
Patentdokumente
Patentdokument 1: JP 2010 - 114 068 A
In der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration aus Patentdokument 1 wird in jedem Multipol-Element ein elektrisches Feld zusätzlich zu einem magnetischen Feld verwendet. In einem solchen Multipol-Element sind zum Beispiel Feldladung und ganz geringe Spannungsinstabilität bedeutende Ursachen, welche zu einer Verschlechterung der höchsten Auflösung des Elektronenmikroskops führen. Bei einer Vergrößerung der entlang der optischen Achse genommenen Länge (Dicke) eines Multipol-Elements wirken sich diese Störungskomponenten über eine längere Strecke auf das elektrische Feld aus. Dies erhöht die Menge von Störungen des Elektronenstrahls. Deshalb führt das Verkürzen der Länge des Multipol-Elements zu einer Verbesserung der Auflösung. Um durch Verkürzen der Länge jedes Multipol-Elements die Auflösung zu verbessern, ist es erforderlich, effizient negative chromatische Aberration zu erzeugen.
Der hinsichtlich der vorliegenden Erfindung nächstgelegene Stand der Technik ergibt sich aus der DE 10 2010 054 541 A1 . Dieses Dokument zeigt bereits eine Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration zur Verwendung mit einem Elektronenmikroskop, wobei die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration aufweist:

- ein erstes Multipol-Element zum Erzeugen eines ersten elektromagnetischen Felds; und
- ein zweites Multipol-Element zum Erzeugen eines zweiten elektromagnetischen Felds; wobei
- das erste Multipol-Element einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil aufweist, welche entlang einer optischen Achse angeordnet sind; wobei
- jeder des ersten Teils, des zweiten Teils und des dritten Teils eine Dicke in der Laufrichtung eines Elektronenstrahls hat und ein Quadrupolfeld erzeugt, in welchem ein elektrisches Quadrupofeld und ein magnetisches Quadrupofeld überlagert sind; wobei
- der zweite Teil eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente erzeugt, welche den durch den ersten und den dritten Teil erzeugten Zweifach-Astigmatismus-Komponenten im Vorzeichen entgegengesetzt ist; und
- wobei das zweite elektromagnetische Feld bezüglich des ersten elektromagnetischen Felds um 90 Grad um die optische Achse verdreht ist.

Weiterer Stand der Technik ergibt sich aus dem Buch von H. Rose, Geometrical charged-particle optics, Chapter 9, Springer (2009), ISBN 978-3-540-85915-4.
Dort ist die Verwendung von Transferlinsen im Kontext von Korrektoren beschrieben.
Weiterer, ähnlicher Stand der Technik ergibt sich aus der DE 4 204 512 A1 und der DE 101 59 454 A1 .
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration bereitzustellen, welche fähig ist, Aberrationen durch effizientes Erzeugen negativer chromatischer Aberrationen zu korrigieren.
(1) Eine Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Verwendung mit einem Elektronenmikroskop vorgesehen und enthält ein erstes Multipol-Element zum Erzeugen eines ersten statischen elektromagnetischen Felds und ein zweites Multipol-Element zum Erzeugen eines zweiten elektromagnetischen Felds. Das erste Multipol-Element weist einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil auf, welche entlang einer optischen Achse angeordnet sind. Jeder des ersten, zweiten und dritten Teils hat eine Dicke in der Laufrichtung eines Elektronenstrahls und erzeugt ein Quadrupolfeld, in welchem ein elektrisches Quadrupolfeld und ein magnetisches Quadrupolfeld überlagert sind. Im ersten Teil ist das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Im zweiten Teil ist das magnetische Quadrupolfeld stärker als das elektrische Quadrupolfeld eingestellt. Im dritten Teil ist das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Der zweite Teil erzeugt eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente, welche durch den ersten und dritten Teil erzeugten Zweifach-Astigmatismus-Komponenten im Vorzeichen entgegengesetzt ist. Das zweite elektromagnetische Feld ist bezüglich des ersten elektromagnetischen Felds um 90 Grad um die optische Achse verdreht.
In dieser Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration kann die Bahn des Elektronenstrahls durch die drei Teile des ersten Multipol-Elements stark verändert werden, und daher kann chromatische Aberration effizienter erzeugt werden als zum Beispiel bei Vorhandensein nur einer einzigen Multipolelement-Stufe.
(2) Bei einem Merkmal dieser Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration kann die elektrische Quadrupolfeld-Komponente des ersten elektromagnetischen Felds entlang der optischen Achse konstant sein.
Diese Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration ist einfach aufgebaut und kann elektrische Quadrupolfelder erzeugen.
(3) Bei einem weiteren Merkmal dieser Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration kann das erste Multipol-Element mehrere Elektroden aufweisen, welche sich vom ersten Teil zum dritten Teil erstrecken. Die Elektroden können einheitliche elektrische Quadrupolfelder in jedem des ersten, zweiten und dritten Teils erzeugen.
Diese Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration ist einfach aufgebaut und kann elektrische Quadrupolfelder erzeugen.
(4) Bei noch einem weiteren Merkmal dieser Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration kann ferner eine zwischen dem ersten Multipol-Element und dem zweiten Multipol-Element angeordnete Übertragungslinse bereitgestellt sein.
(5) Bei noch einem weiteren Merkmal dieser Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration können ferner bereitgestellt sein: ein drittes Multipol-Element zum Überlagern eines elektrischen oder magnetischen Felds von vierfacher Symmetrie mit dem ersten elektromagnetischen Feld; und ein viertes Multipol-Element zum Überlagern eines elektrischen oder magnetischen Felds von vierfacher Symmetrie mit dem zweiten elektromagnetischen Feld.
(6) Bei noch einem weiteren Merkmal dieser Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration können ferner bereitgestellt sein: ein drittes Multipol-Element zum Überlagern eines elektrischen oder magnetischen Felds von dreifacher Symmetrie mit dem ersten elektromagnetischen Feld; und ein viertes Multipol-Element zum Überlagern eines elektrischen oder magnetischen Felds von dreifacher Symmetrie mit dem zweiten elektromagnetischen Feld.
(7) Bei noch einem weiteren Merkmal dieser Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration können der erste und der dritte Teil eine Zerstreuungslinsenwirkung haben. Der zweite Teil kann eine Sammellinsenwirkung haben.
(8) Ein Elektronenmikroskop gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung.
Da dieses Elektronenmikroskop eine Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, kann das erste Multipol-Element eine verringerte Länge oder Dicke haben. Daher kann die Auflösung verbessert werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaubild eines mit einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Elektronenmikroskops.
2 ist eine schematische Strahlengang-Zeichnung, welche die Optik der in 1 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration zeigt.
3A ist eine Strahlengang-Zeichnung, welche die Konfiguration der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration zeigt.
3B ist eine Zeichnung, welche Zweifach-Astigmatismus-Komponenten in verschiedenen Teilen der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration veranschaulicht.
3C ist eine Zeichnung, welche durch verschiedene Teile der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration erzeugte Linsenwirkungen veranschaulicht.
3D ist eine Zeichnung, welche durch das erste und das zweite Multipol-Element der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponenten veranschaulicht.
4 ist eine schematische Draufsicht des ersten Teils des ersten Multipol-Elements der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration.
5A ist eine schematische perspektivische Ansicht von Elektroden des ersten Multipol-Elements der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration.
5B ist eine schematische perspektivische Ansicht von Magnetpolen des ersten Multipol-Elements der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration.
6 ist eine Zeichnung, welche Kräfte veranschaulicht, die ein durch Quadrupol-Elektroden erzeugtes elektrisches Quadrupolfeld auf einen Elektronenstrahl ausübt.
7 ist eine Zeichnung, welche Kräfte veranschaulicht, die ein durch Quadrupol-Magnetpole erzeugtes magnetisches Quadrupolfeld auf einen Elektronenstrahl ausübt.
8 ist eine schematische Draufsicht eines ersten Teils eines zweiten Multipol-Elements der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration.
9 ist eine Elektronenstrahlengang-Zeichnung, welche Bahnen eines Elektronenstrahls innerhalb des ersten und des zweiten Multipol-Elements der in 2 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration veranschaulicht
10 eine schematische Strahlengang-Zeichnung, welche die Optik einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß einer ersten Abwandlung der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
11A eine Strahlengang-Zeichnung, welche die Konfiguration der in 10 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration veranschaulicht.
11B ist eine Zeichnung, welche Zweifach-Astigmatismus-Komponenten in verschiedenen Teilen der in 10 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration veranschaulicht.
11C ist eine Zeichnung, welche in verschiedenen Teilen der in 10 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration erzeugte Linsenwirkungen veranschaulicht.
11D ist eine Zeichnung, welche im ersten und zweiten Multipol-Element der in 10 gezeigten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponenten veranschaulicht.
12 ist eine schematische Strahlengang-Zeichnung, welche die Optik einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß einer zweiten Abwandlung der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist eine schematische Strahlengang-Zeichnung, welche die Optik einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß einer dritten Abwandlung der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
14 ist eine schematische Draufsicht eines ersten Multipol-Elements einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß einer vierten Abwandlung der ersten Ausführungsform.
15 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Pole des in 14 gezeigten ersten Multipol-Elements der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration.
16 ist ein Blockschaubild, welches die Konfiguration eines Elektronenmikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass die unten bereitgestellten Ausführungsformen den durch die beigefügten Ansprüche dargestellten Umfang der vorliegenden Erfindung nicht übermäßig beschränken und dass nicht alle unten beschriebenen Konfigurationen wesentliche Bestandteile der Erfindung sind.
Erste Ausführungsform
Konfiguration der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration
Als erstes wird die Konfiguration einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand einiger Zeichnungen beschrieben. Diese Korrekturvorrichtung ist zur Verwendung mit einem Elektronenmikroskop vorgesehen, welches ein zu beobachtendes Objekt mit einem Elektronenstrahl bestrahlt und ein vergrößertes Bild des Objekts erzeugt. Zu Beispielen von Elektronenmikroskopen zählen ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM), ein Rastertransmissionselektronenmikroskop (RTEM) und ein Rasterelektronenmikroskop (REM).
1 zeigt die Konfiguration eines Elektronenmikroskops 10, welches mit einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 gemäß der ersten Ausführungsform ausgestattet ist. Ein Fall wird beschrieben, in welchem die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 in ein Transmissionselektronenmikroskop eingebaut ist. Das heißt, die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ist zur Verwendung mit einem Transmissionselektronenmikroskop angepasst.
Das Elektronenmikroskop 10 ist eine Elektronenkanone 11, einen Hochspannungssteuerungsteil 12, Kondensorlinsen 13, eine Objektivlinse 14, einen Objekttisch 15, die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100, eine Zwischenprojektionslinse 16 und eine Beobachtungskammer 17 enthaltend konfiguriert. Im Elektronenmikroskop 10 wird die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 im Abbildungssystem verwendet.
Die Elektronenkanone 11 hat eine Hochspannungs-Stromversorgung unter Kontrolle des Hochspannungssteuerungsteils 12 und erzeugt einen Elektronenstrahl.
Die Kondensorlinsen 13 fokussieren den durch die Elektronenkanone 11 erzeugten Elektronenstrahl. Der fokussierte Strahl erreicht die Objektivlinse 14 und den Objekttisch 15. Die Kondensorlinsen 13 bilden ein Beleuchtungssystem zum Bestrahlen einer Probe auf dem Objekttisch 15 mit dem Elektronenstrahl.
Die Objektivlinse 14 ist eine erste Linsenstufe zum Fokussieren des durch die Probe durchfallenden Elektronenstrahls. Der Objekttisch 15 hält die Probe darauf. Der durch die Probe durchfallende Elektronenstrahl tritt in die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ein. Objektiv-Minilinsen 141 und 142 (2) können zwischen der Objektivlinse 14 und der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 angeordnet sein.
Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 korrigiert chromatische Aberration in der Objektivlinse 14. Einzelheiten der Korrekturvorrichtung 100 werden später beschrieben. Der Elektronenstrahl, dessen chromatische Aberration durch die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 korrigiert wurde, erreicht die Zwischenprojektionslinse 16.
Die Zwischenprojektionslinse 16 wirkt mit der Objektivlinse 14 zusammen, um ein Abbildungssystem (Abbildungslinsensystem) zum Fokussieren des durch die Probe durchfallenden Elektronenstrahls zu bilden. Die Zwischenprojektionslinse 16 fokussiert den Strahl auf eine Kamera (nicht gezeigt) in der Beobachtungskammer 17.
Da das Elektronenmikroskop 10 die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 enthält, kann chromatische Aberration im Abbildungssystem (d.h. in der Objektivlinse 14) korrigiert werden. Demgemäß kann das Elektronenmikroskop 10 eine hohe Auflösung haben.
2 zeigt die Optik der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100. Wie gezeigt, durchläuft der durch eine Probe S durchfallende Elektronenstrahl EB die Objektivlinse 14 und die Objektiv-Minilinsen 141, 142 und tritt er in die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ein. Die Objektiv-Minilinsen 141 und 142 wirken mit der Objektivlinse 14 und der Zwischenprojektionslinse 16 zusammen, um das Abbildungssystem zu bilden.
Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ist hinter der Objektivlinse 14 und den Objektiv-Minilinsen 141, 142 angeordnet. Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 enthält ein erstes Multipol-Element 110 und ein zweites Multipol-Element 120. Ferner kann die Korrekturvorrichtung 100 eine Übertragungslinse 130 enthalten.
In der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 sind das erste Multipol-Element 110, die Übertragungslinse 130 und das zweite Multipol-Element 120 in dieser Reihenfolge in der Laufrichtung des Elektronenstrahls EB angeordnet. Der Elektronenstrahl EB tritt in das erste Multipol-Element 110 ein, durchläuft die Übertragungslinse 130 und tritt aus dem zweiten Multipol-Element 120 aus.
Die 3A bis 3D zeigen das erste Multipol-Element 110 und das zweite Multipol-Element 120 der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100. 3A zeigt den Aufbau der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100. In 3A ist eine X-Bahn EBx als eine typische Bahn des Elektronenstrahls EB in der X-Richtung gezeigt. Eine Y-Bahn EBy ist als eine typische Bahn des Elektronenstrahls EB in der Y-Richtung gezeigt. Die X- und die Y-Achse stehen senkrecht zur optischen Achse OA und schneiden einander im rechten Winkel. 3B zeigt Zweifach-Astigmatismus-Komponenten in verschiedenen Teilen 110a, 110b, 110c, 120a, 120b und 120c der Multipol-Elemente 110 und 120. 3C zeigt in den Teilen 110a, 110b, 110c, 120a, 120b und 120c der Multipol-Elemente 110 und 120 erzeugte Linsenwirkungen. 3D zeigt im ersten Multipol-Element 110 und im zweiten Multipol-Element 120 erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponenten.
Wie in 3A gezeigt, ist das erste Multipol-Element 110 entlang der optischen Achse OA in drei Teile (eine erste Stufe (einen ersten Teil) 110a, eine zweite Stufe (einen zweiten Teil) 110b und eine dritte Stufe (einen dritten Teil) 110c) unterteilt. Die optische Achse OA bildet die Mittelachsen der Multipol-Elemente 110 beziehungsweise 120. Wenn jedes der Multipol-Elemente 110 und 120 eine Multipol-Linse ist, ist die optische Achse OA die Mittelachse der Linse. Der Elektronenstrahl EB tritt in den ersten Teil 110a ein, durchläuft den zweiten Teil 110b und tritt aus dem dritten Teil 110c aus.
Das erste Multipol-Element 110 erzeugt ein erstes elektromagnetisches Feld. Jeder der drei Teile 110a, 110b und 110c des ersten Multipol-Elements 110 erzeugt ein Quadrupolfeld (elektromagnetisches Feld von zweifacher Symmetrie), in welchem ein elektrisches Quadrupolfeld mit zweifacher Symmetrie und ein magnetisches Quadrupolfeld mit zweifacher Symmetrie überlagert sind. Das erste elektromagnetische Feld wird durch die durch die drei Teile 110a, 110b und 110c des ersten Multipol-Elements 110 erzeugten Quadrupolfelder (in jedem von welchen elektrische und magnetische Felder überlagert sind) erzeugt. Das heißt, das erste elektromagnetische Feld wird durch die Quadrupolfelder gebildet, in jedem von welchen durch die entlang der optischen Achse OA aneinandergereihten Teile 110a, 110b und 110c erzeugte elektrische und magnetische Felder überlagert sind.
Die drei Teile 110a, 110b und 110c des ersten Multipol-Elements 110 werden im Folgenden ausführlich beschrieben.
Als erstes wird der erste Teil (die erste Stufe) 110a des ersten Multipol-Elements 110 beschrieben. 4 ist eine schematische Draufsicht des ersten Teils 110a des ersten Multipol-Elements 110.
Der erste Teil 110a des ersten Multipol-Elements 110 weist eine Vielzahl von Elektroden und eine Vielzahl von Magnetpolen auf, welche regelmäßig um die optische Achse OA angeordnet sind. Im veranschaulichten Beispiel weist der erste Teil 110a Quadrupol-Elektroden 112a bis 112d und Quadrupol-Magnetpole 114a bis 114d auf, welche um die optische Achse OA aneinandergereiht sind.
Die Elektroden 112a bis 112d sind in der zur optischen Achse OA senkrechten XY-Ebene um 90 Grad gegeneinander verdreht. An die Elektroden 112a bis 112d angelegte Spannungen haben gleiche Beträge und abwechselnde Polaritäten. Die Quadrupol-Elektroden 112a bis 112d erzeugen ein elektrisches Quadrupolfeld.
Die Magnetpole 114a bis 114d sind in der zur optischen Achse OA senkrechten XY-Ebene um 90 Grad gegeneinander verdreht. Feldspulen (nicht gezeigt), deren Windungszahl N ist, sind an hinteren Endteilen (nicht gezeigt) der Magnetpole 114a bis 114d angebracht. Ein elektrischer Strom I fließt durch jede Feldspule. Demgemäß hat jeder Magnetpol eine magnetomotorische Kraft NI. Die Feldspulen sind mit ihren jeweiligen Stromquellen (nicht gezeigt) verbunden. Ihre magnetomotorischen Kräfte sind auf willkürliche Werte eingestellt. Im veranschaulichten Beispiel sind die magnetomotorischen Kräfte der Magnetpole 114a bis 114d gleich groß und haben sie abwechselnde Polaritäten. Die Quadrupol-Magnetpole 114a bis 114d erzeugen ein magnetisches Quadrupolfeld.
6 veranschaulicht die Kraft, welche das durch die Quadrupol-Elektroden 112a bis 112d erzeugte elektrische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt.
Wie in 6 gezeigt, konvergiert das durch die Quadrupol-Elektroden 112a bis 112d erzeugte elektrische Quadrupolfeld den Elektronenstrahl EB in der X-Richtung und divergiert es den Strahl in der Y-Richtung. Demgemäß konvergiert der Elektronenstrahl EB in der X-Richtung und divergiert er in der Y-Richtung, indem er eine Kraft FE vom elektrischen Quadrupolfeld empfängt.
7 veranschaulicht die Kraft, welche das durch die Quadrupol-Magnetpole 114a bis 114d erzeugte magnetische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt.
Wie in 7 gezeigt, divergiert das durch die Quadrupol-Magnetpole 114a bis 114d erzeugte magnetische Quadrupolfeld den Elektronenstrahl EB in der X-Richtung und konvergiert es den Strahl in der Y-Richtung. Demgemäß divergiert der Elektronenstrahl EB in der X-Richtung und konvergiert er in der Y-Richtung, indem er einer Kraft FB vom magnetischen Quadrupolfeld unterzogen wird.
Im ersten Teil 110a werden ein elektrisches Quadrupolfeld und ein magnetisches Quadrupolfeld überlagert, um ein Quadrupolfeld zu erzeugen. Im ersten Teil 110a werden die Kraft FE, welche das elektrische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt, und die Kraft FB, welche das magnetische Quadrupolfeld auf den Strahl EB ausübt, in einander auslöschenden Richtungen angelegt.
Im ersten Teil 110a ist das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Das heißt, im ersten Teil 110a ist die Kraft FE, welche das elektrische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt, größer als die Kraft FB, welche das magnetische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt, eingestellt (FB < FE). Dies verleiht dem Elektronenstrahl EB Zweifach-Astigmatismus-Komponenten, wodurch die Bahn verändert wird. Spezieller verleiht der erste Teil 110a der Y-Bahn EBy des Strahls EB eine divergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente und der X-Bahn EBx des Strahls EB eine konvergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente.
Der erste Teil 110a hat eine Dicke in der Laufrichtung des Elektronenstrahls EB. Insbesondere genügt die Dicke des ersten Teils 110a, um durch Felder anderer Terme höherer Ordnung als des primären Terms eines Multipol-Felds eine Kombinationsaberration zu erzeugen. Deshalb wird durch die Kombinationsaberrationen im ersten Teil 110a eine negative chromatische Aberration erzeugt. Wie in 3C gezeigt, übt der erste Teil 110a durch die Kombinationsaberrationen eine Zerstreuungslinsenwirkung auf den Elektronenstrahl EB aus. Das heißt, der erste Teil 110a hat eine Zerstreuungslinsenwirkung auf den Elektronenstrahl EB. Dieses Prinzip wird später beschrieben.
Wenn eine an irgendeiner Stelle erzeugte Aberration 1 sich über eine bestimmte Strecke ausbreitet, verändert sich der Einfallspunkt. Wenn die Aberration 1 von einer weiteren Aberration 2 betroffen ist, wird durch eine Kombination der Aberrationen 1 und 2 eine weitere Aberration, welche als eine Kombinationsaberration bekannt ist, erzeugt.
Als nächstes wird der zweite Teil (die zweite Stufe) 110b des ersten Multipol-Elements 110 beschrieben. Der zweite Teil 110b gleicht in der Konfiguration dem in 4 gezeigten ersten Teil 110a. Das heißt, der zweite Teil 110b des ersten Multipol-Elements 110 weist Quadrupol-Elektroden 112a bis 112d und Quadrupol-Magnetpole 114a bis 114d auf, welche um die optische Achse OA angeordnet sind.
Im zweiten Teil 110b ist das magnetische Quadrupolfeld stärker als das elektrische Quadrupolfeld eingestellt. Das heißt, im zweiten Teil 110b ist die Kraft FB, welche das magnetische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt, größer als die Kraft FE, welche das elektrische Quadrupolfeld auf den Strahl EB ausübt, eingestellt (FE < FB). Folglich wird im zweiten Teil 110b eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente erzeugt, welche der durch den ersten Teil 110a erzeugten Zweifach-Astigmatismus-Komponente im Vorzeichen entgegengesetzt ist. Das heißt, im zweiten Teil 110b wird ein dem Feld im ersten Teil 110a entgegengerichtetes Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl angewendet. Spezieller, wie in den 3A und 3B gezeigt, wird im zweiten Teil 110b ein Quadrupolfeld erzeugt, welches der Y-Bahn EBy des Elektronenstrahls EB eine konvergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente verleiht und welches der X-Bahn EBx des Strahls EB eine divergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente verleiht. Folglich, wie in 3A gezeigt, drängt der zweite Teil 110b die eine divergierende Komponente aufweisende Y-Bahn EBy zurück, um dadurch die Zweifach-Astigmatismus-Komponente zu verringern und die konvergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente der X-Bahn EBx zu schwächen.
Der zweite Teil 110b hat genauso wie der erste Teil 110a eine Dicke in der Laufrichtung des Elektronenstrahls EB. Deshalb wird im zweiten Teil 110b durch eine Kombinationsaberration eine negative chromatische Aberration erzeugt. Ferner wird im zweiten Teil 110b, wie in 3C gezeigt, durch eine Kombinationsaberration eine Sammellinsenwirkung auf den Elektronenstrahl EB ausgeübt. Das heißt, der zweite Teil 110b hat eine Sammellinsenwirkung auf den Elektronenstrahl EB.
Als nächstes wird der dritte Teil (die dritte Stufe) 110c des ersten Multipol-Elements 110 beschrieben. Der dritte Teil 110c gleicht in der Konfiguration dem in 4 gezeigten ersten Teil 110a. Das heißt, der dritte Teil 110c des ersten Multipol-Elements 110 weist Quadrupol-Elektroden 112a bis 112d und Quadrupol-Magnetpole 114a bis 114d auf, welche um die optische Achse OA angeordnet sind.
Im dritten Teil 110c ist das elektrische Quadrupolfeld genauso wie im ersten Teil 110a stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Das heißt, im dritten Teil 110c ist die Kraft FE, welche das elektrische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt, größer als die Kraft FB, welche das magnetische Quadrupolfeld auf den Strahl EB ausübt, eingestellt (FB < FE). Folglich wird dem Elektronenstrahl EB im dritten Teil 110c, genauso wie im ersten Teil 110a, eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente verliehen, um dadurch die Bahn zu verändern. Spezieller, wie in den 3A und 3B gezeigt, wird der Y-Bahn EBy des Elektronenstrahls EB im dritten Teil 110c eine divergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente verliehen. Eine konvergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente wird der X-Bahn EBx des Strahls EB verliehen. Folglich kann die Zweifach-Astigmatismus-Komponente des aus dem ersten Multipol-Element 110 austretenden Elektronenstrahls EB beseitigt oder verringert werden.
Der dritte Teil 110c hat genauso wie der erste Teil 110a eine Dicke in der Laufrichtung des Elektronenstrahls EB. Deshalb wird im dritten Teil 110c durch eine Kombinationsaberration eine negative chromatische Aberration erzeugt. Ferner wird im dritten Teil 110c, wie in 3C gezeigt, durch eine Kombination von Aberrationen eine Zerstreuungslinsenwirkung auf den Elektronenstrahl ausgeübt. Das heißt, der dritte Teil 110c übt eine Zerstreuungslinsenwirkung auf den Elektronenstrahl EB aus.
Im ersten Multipol-Element 110 sind die Zweifach-Astigmatismus-Komponenten der überlagerten elektrischen und magnetischen Felder der durch den ersten Teil 110a und den dritten Teil 110c erzeugten Quadrupolfelder der Zweifach-Astigmatismus-Komponente der überlagerten elektrischen und magnetischen Felder des durch den zweiten Teil 110b erzeugten Quadrupolfelds im Vorzeichen entgegengesetzt. Im veranschaulichten Beispiel ist das Quadrupolfeld aus durch den ersten Teil 110a erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern das gleiche wie das Quadrupolfeld aus den durch den dritten Teil 110c erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern. Das heißt, die durch das Quadrupolfeld aus im ersten Teil 110a erzeugten überlagerten Feldern auf den Elektronenstrahl ausgeübte Wirkung ist die gleiche wie die durch das Quadrupolfeld aus im dritten Teil 110c erzeugten überlagerten Feldern auf den Elektronenstrahl ausgeübte Wirkung.
Im ersten Multipol-Element 110 quert die X-Bahn EBx des Elektronenstrahls EB die optische Achse OA im Mittelpunkt c des ersten Multipol-Elements 110, wie in 3A gezeigt. Ferner sind im ersten Multipol-Element 110 ein ersterer Teil der X-Bahn EBx des Elektronenstrahls EB, welcher sich von der Einfallsebene bis zum Mittelpunkt c erstreckt, und ein letzterer Teil, welcher sich vom Mittelpunkt c bis zur Austrittsebene erstreckt, bezüglich des Mittelpunkts c punktsymmetrisch. Ferner sind im ersten Multipol-Element 110 ein ersterer Teil der Y-Bahn EBy des Elektronenstrahls EB, welcher sich von der Einfallsebene bis zum Mittelpunkt c erstreckt, und ein letzterer Teil, welcher sich vom Mittelpunkt c bis zur Austrittsebene erstreckt, spiegelsymmetrisch. Auf diese Weise hat die Bahn des Elektronenstrahls EB im ersten Multipol-Element 110 eine gute Symmetrie.
Wie in 3A gezeigt, werden im ersten Multipol-Element 110 die Bahnen EBx und EBy des Elektronenstrahls EB, nachdem sie durch den ersten Teil 110a stark verändert wurden, durch den zweiten Teil 110b in die ursprünglichen Zustände zurückversetzt. Schließlich werden die Zweifach-Astigmatismus-Komponenten durch den dritten Teil 110c ausgelöscht und wird der Elektronenstrahl EB austreten gelassen. Da die Bahnen EBx und EBy des Strahls auf diese Weise im ersten Multipol-Element 110 stark verändert werden, kann chromatische Aberration mit hoher Effizienz erzeugt werden.
5A ist eine schematische perspektivische Ansicht der Elektrode 112a des ersten Multipol-Elements 110 der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100. 5B ist eine schematische perspektivische Ansicht des Magnetpols 114a des ersten Multipol-Elements 110 der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100.
Wie in 5A gezeigt, erstreckt sich die Elektrode 112a des ersten Multipol-Elements 110 vom ersten Teil 110a zum dritten Teil 110c. Das heißt, die Elektrode 112a ist den drei Teilen 110a, 110b und 110c gemeinsam. Die weiteren Elektroden 112b bis 112d des ersten Multipol-Elements 110 gleichen in der Konfiguration der Elektrode 112a. Das heißt, jede der Quadrupol-Elektroden 112a bis 112d des ersten Multipol-Elements 110 erstreckt sich vom ersten Teil 110a zum dritten Teil 110c. Deshalb erzeugen die Quadrupol-Elektroden 112a bis 112d im ersten Teil 110a, zweiten Teil 110b und dritten Teil 110c einheitliche elektrische Quadrupolfelder. Folglich ist die elektrische Quadrupolfeld-Komponente des durch das erste Multipol-Element 110 erzeugten ersten elektromagnetischen Felds entlang der optischen Achse OA konstant.
Wie in 5B gezeigt, weist der Magnetpol 114a des ersten Multipol-Elements 110 voneinander unabhängige Abschnitte auf, welche sich in den Teilen 110a, 110b beziehungsweise 110c befinden. Die weiteren Magnetpole 114b bis 114d des ersten Multipol-Elements 110 gleichen in der Konfiguration dem Magnetpol 114a. Im ersten Multipol-Element 110 können deshalb in den Teilen 110a, 110b beziehungsweise 110c magnetische Quadrupolfelder verschiedener Stärken erzeugt werden. Das erste elektromagnetische Feld wird im ersten Multipol-Element 110 erzeugt, indem das elektrische Quadrupolfeld bei den Teilen 110a, 110b und 110c gleich gemacht wird und das magnetische Quadrupolfeld bei den drei Teilen verschieden gemacht wird. Speziell im ersten Multipol-Element 110 wird das elektrische Quadrupolfeld bei den Teilen 110a, 110b und 110c in der Stärke gleich gemacht. Das magnetische Quadrupolfeld im zweiten Teil 110b ist stärker als die magnetischen Quadrupolfelder im ersten Teil 110a und im dritten Teil 110c eingestellt.
Die Magnetpole 114a bis 114d können bei den Teilen 110a, 110b und 110c des ersten Multipol-Elements 110 gemeinsam gemacht sein, und die Elektroden 112a bis 112d können unabhängig gemacht sein. In dieser Konfiguration kann das erste elektromagnetische Feld erzeugt werden, indem das magnetische Quadrupolfeld bei den drei Teilen 110a, 110b und 110c des ersten Multipol-Elements 110 gleich gemacht wird und das elektrische Quadrupolfeld bei diesen drei Teilen verschieden gemacht wird. Außerdem können die Magnetpole 114a bis 114d und die Elektroden 112a bis 112d in den drei Teilen 110a, 110b und 110c des ersten Multipol-Elements 110 unabhängig gemacht sein.
Das zweite Multipol-Element 120 erzeugt ein zweites elektromagnetischen Feld, welches bezüglich des ersten elektromagnetischen Felds um 90 Grad um die optische Achse OA verdreht ist. Das heißt, im zweiten Multipol-Element 120 sind die elektrischen und magnetischen Felder so eingestellt, dass die X-Bahn EBx und die Y-Bahn EBy bezüglich des ersten Multipol-Elements 110 symmetrisch sind, wie in 3A gezeigt. Folglich, wie in 3D gezeigt, kann die im ersten Multipol-Element 110 erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponente durch die im zweiten Multipol-Element 120 erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponente ausgelöscht werden. Demgemäß kann die gesamte Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 frei von einer chromatischen Zweifach-Astigmatismus-Komponente gemacht werden.
Wie in 3A gezeigt, ist das zweite Multipol-Element 120 entlang der optischen Achse OA in drei Teile, d.h. die erste Stufe (den ersten Teil) 120a, die zweite Stufe (den zweiten Teil) 120b und die dritte Stufe (den dritten Teil) 120c, unterteilt. Im zweiten Multipol-Element 120 tritt der Elektronenstrahl EB in den ersten Teil 120a ein, durchläuft er den zweiten Teil 120b und tritt er aus dem dritten Teil 120c aus. Jeder der drei Teile 120a, 120b und 120c des zweiten Multipol-Elements 120 erzeugt durch Miteinander-Überlagern eines elektrischen Quadrupolfelds und eines magnetischen Quadrupolfelds ein Quadrupolfeld. Infolgedessen wird durch die Quadrupolfelder aus durch die drei Teile 120a bis 120c des zweiten Multipol-Elements 120 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern ein zweites elektromagnetisches Feld errichtet. Das heißt, das zweite elektromagnetische Feld wird durch die Quadrupolfelder aus durch die entlang der optischen Achse OA aneinandergereihten Teile 120a, 120b und 120c erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern erzeugt.
Die drei Teile 120a, 120b und 120c des zweiten Multipol-Elements 120 werden im Folgenden ausführlich beschrieben.
Zuerst wird der erste Teil (die erste Stufe) 120a des zweiten Multipol-Elements 120 beschrieben. 8 ist eine schematische Draufsicht des ersten Teils 120a des zweiten Multipol-Elements 120.
Der erste Teil 120a des zweiten Multipol-Elements 120 weist eine Vielzahl von Elektroden und eine Vielzahl von Magnetpolen auf, welche regelmäßig um die optische Achse OA angeordnet sind. Im dargestellten Beispiel weist der erste Teil 120a des zweiten Multipol-Elements 120 Quadrupol-Elektroden 122a bis 122d und Quadrupol-Magnetpole 124a bis 124d auf, welche um die optische Achse OA aneinandergereiht sind.
Die Elektroden 122a bis 122d sind in der zur optischen Achse OA senkrechten XY-Ebene um 90 Grad gegeneinander verdreht. An die Elektroden 122a bis 122d angelegte Spannungen haben gleiche Beträge und abwechselnde Polaritäten. Die Quadrupol-Elektroden 122a bis 122d erzeugen ein elektrisches Quadrupolfeld.
Die Magnetpole 124a bis 124d sind in der zur optischen Achse OA senkrechten XY-Ebene um 90 Grad gegeneinander verdreht. Feldspulen (nicht gezeigt), deren Windungszahl N ist, sind an hinteren Endteilen (nicht gezeigt) der Magnetpole 124a bis 124d angebracht. Ein elektrischer Strom I fließt durch jede Feldspule. Demgemäß hat jeder Magnetpol eine magnetomotorische Kraft NI. Die Feldspulen sind mit ihren jeweiligen Stromquellen (nicht gezeigt) verbunden. Ihre magnetomotorischen Kräfte sind auf willkürliche Werte eingestellt. Im veranschaulichten Beispiel sind die magnetomotorischen Kräfte der Magnetpole 124a bis 124d gleich groß und haben sie abwechselnde Polaritäten. Die Quadrupol-Magnetpole 124a bis 124d erzeugen ein magnetisches Quadrupolfeld.
Die Elektroden 122a bis 122d und die Magnetpole 124a bis 124d des ersten Teils 120a des zweiten Multipol-Elements 120 gleichen in der physischen Anordnung dem ersten Teil 110a (4) des ersten Multipol-Elements 110, haben aber entgegengesetzte Polaritäten, wie in 8 gezeigt. Das heißt, die Polaritäten des zweiten Multipol-Elements 120 sind bezüglich der Polaritäten des ersten Multipol-Elements 110 um 90 Grad verdreht.
Im ersten Teil 120a ist das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Das heißt, im ersten Teil 120a ist die Kraft FE (6), welche das elektrische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt, stärker als die Kraft FB (7), welche das magnetische Quadrupolfeld auf den Strahl EB ausübt, eingestellt (FB < FE). Folglich wird dem Elektronenstrahl EB eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente verliehen, wodurch die Bahn verändert wird. Spezieller, wie in den 3A und 3B gezeigt, wird im ersten Teil 120a der X-Bahn EBx des Strahls EB eine divergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente verliehen und wird der Y-Bahn EBy des Strahls EB eine konvergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente verliehen. Das Quadrupolfeld aus durch den ersten Teil 120a des zweiten Multipol-Elements 120 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern ist bezüglich des Quadrupolfelds aus durch den ersten Teil 110a des ersten Multipol-Elements 110 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern um 90 Grad um die optische Achse OA verdreht.
Der erste Teil 120a hat eine Dicke in der Laufrichtung des Elektronenstrahls EB. Spezieller ist der erste Teil 120a dick genug, um durch die Felder anderer Terme höherer Ordnung des Multipol-Felds als des primären Terms eine Kombinationsaberration zu erzeugen. Deshalb wird im ersten Teil 120a durch eine Kombinationsaberration eine negative chromatische Aberration erzeugt. Ferner übt der erste Teil 120a durch eine Kombinationsaberration eine Zerstreuungslinsenwirkung auf den Elektronenstrahl aus. Das heißt, der erste Teil 120a erzeugt eine Zerstreuungslinsenwirkung auf den Elektronenstrahl EB.
Als nächstes wird der zweite Teil (die zweite Stufe) 120b des zweiten Multipol-Elements 120 beschrieben. Der zweite Teil 120b gleicht in der Konfiguration dem in 8 gezeigten ersten Teil 120a. Das heißt, der zweite Teil 120b des zweiten Multipol-Elements 120 weist Quadrupol-Elektroden 122a bis 122d und Quadrupol-Magnetpole 124a bis 124d auf, welche um die optische Achse OA angeordnet sind.
Im zweiten Teil 120b ist das magnetische Quadrupolfeld stärker als das elektrische Quadrupolfeld eingestellt. Das heißt, im zweiten Teil 120b ist die Kraft FB, welche das magnetische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt, größer als die Kraft FE, welche das elektrische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt, eingestellt (FE < FB). Folglich erzeugt der zweite Teil 120b eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente, welche der im ersten Teil 120a erzeugten Zweifach-Astigmatismus-Komponente im Vorzeichen entgegengesetzt ist. Das heißt, der zweite Teil 120b wendet ein Quadrupolfeld, welches dem durch den ersten Teil 120a erzeugten Feld entgegengerichtet ist, auf den Elektronenstrahl an. Spezieller, wie in den 3A und 3B gezeigt, erzeugt der zweite Teil 120b ein Quadrupolfeld, welches der X-Bahn EBx des Elektronenstrahls EB eine konvergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente verleiht und welches der Y-Bahn EBy des Strahls EB eine divergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente verleiht. Folglich, wie in 3A gezeigt, drängt der zweite Teil 120b die eine divergierende Komponente aufweisende X-Bahn EBx zurück, um dadurch die Zweifach-Astigmatismus-Komponente zu verringern, und schwächt er die konvergierende Komponente vom zweifachen Astigmatismus der Y-Bahn EBy. Das Quadrupolfeld aus durch den zweiten Teil 120b des zweiten Multipol-Elements 120 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern ist bezüglich des Quadrupolfelds aus durch den zweiten Teil 110b des ersten Multipol-Elements 110 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern um 90 Grad um die optische Achse OA verdreht.
Der zweite Teil 120b hat genauso wie der erste Teil 120a eine Dicke in der Laufrichtung des Elektronenstrahls EB. Deshalb wird im zweiten Teil 120b durch eine Kombinationsaberration eine negative chromatische Aberration erzeugt. Ferner erzeugt der zweite Teil 120b, wie in 3C gezeigt, durch eine Kombinationsaberration eine Sammellinsenwirkung auf den Elektronenstrahl EB. Das heißt, der zweite Teil 120b hat eine Sammellinsenwirkung auf den Elektronenstrahl EB.
Als nächstes wird der dritte Teil (die dritte Stufe) 120c des zweiten Multipol-Elements 120 beschrieben. Der dritte Teil 120c gleicht in der Konfiguration dem in 8 gezeigten ersten Teil 120a. Das heißt, der dritte Teil 120c des zweiten Multipol-Elements 120 weist Quadrupol-Elektroden 122a bis 122d und Quadrupol-Magnetpole 124a bis 124d auf, welche um die optische Achse OA aneinandergereiht sind.
Im dritten Teil 120c ist das elektrische Quadrupolfeld genauso wie im ersten Teil 120a stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Das heißt, im dritten Teil 120c ist die Kraft FE, welche das elektrische Quadrupolfeld auf den Elektronenstrahl EB ausübt, größer als die Kraft FB, welche das magnetische Quadrupolfeld auf den Strahl EB ausübt, eingestellt (FB < FE). Folglich verleiht der dritte Teil 120c, genauso wie der erste Teil 120a, dem Elektronenstrahl EB eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente, wodurch die Bahn verändert wird. Spezieller verleiht der dritte Teil 120c der X-Bahn EBx des Elektronenstrahls EB eine divergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente und verleiht er der Y-Bahn EBy des Strahls EB eine konvergierende Zweifach-Astigmatismus-Komponente. Infolgedessen kann die Zweifach-Astigmatismus-Komponente des aus dem zweiten Multipol-Element 120 ausgetretenen Elektronenstrahls EB beseitigt oder verringert werden. Das Quadrupolfeld aus durch den dritten Teil 120c des zweiten Multipol-Elements 120 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern ist bezüglich des Quadrupolfelds aus durch den dritten Teil 110c des ersten Multipol-Elements 110 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern um 90 Grad um die optische Achse OA verdreht.
Der dritte Teil 120c hat genauso wie der erste Teil 120a eine Dicke in der Laufrichtung des Elektronenstrahls EB. Deshalb wird im dritten Teil 120c durch eine Kombinationsaberration eine negative chromatische Aberration erzeugt. Der dritte Teil 120c übt durch eine Kombinationsaberration eine Zerstreuungslinsenwirkung auf den Elektronenstrahl aus. Das heißt, der dritte Teil 120c hat eine Zerstreuungslinsenwirkung auf den Elektronenstrahl EB.
Im zweiten Multipol-Element 120 sind die Zweifach-Astigmatismus-Komponenten der Quadrupolfelder aus durch den ersten Teil 120a und den dritten Teil 120c erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern der Zweifach-Astigmatismus-Komponente des Quadrupolfelds aus durch den zweiten Teil 120b erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern im Vorzeichen entgegengesetzt. Im veranschaulichten Beispiel ist das Quadrupolfeld aus durch den ersten Teil 120a erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern das gleiche wie das Quadrupolfeld aus durch den dritten Teil 120c erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern. Das heißt, die durch das Quadrupolfeld aus durch den ersten Teil 120a erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern auf den Elektronenstrahl ausgeübte Wirkung ist die gleiche wie die durch das Quadrupolfeld aus durch den dritten Teil 120c erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern auf den Elektronenstrahl ausgeübte Wirkung.
Wie in 3A gezeigt, schneidet die Y-Bahn EBy des Elektronenstrahls EB im zweiten Multipol-Element 120 die optische Achse OA im Mittelpunkt c des zweiten Multipol-Elements 120. Ferner ist im zweiten Multipol-Element 120 die Y-Bahn EBy des Elektronenstrahls EB bezüglich des Mittelpunkts c symmetrisch. Das heißt, ein ersterer Teil der Y-Bahn EBy, welcher sich von der Einfallsebene bis zum Mittelpunkt c erstreckt, und ein letzterer Teil vom Mittelpunkt c bis zur Austrittsebene sind punktsymmetrisch. Im zweiten Multipol-Element 120 sind ein ersterer Teil der X-Bahn EBx des Elektronenstrahls EB, welcher sich von der Einfallsebene bis zum Mittelpunkt c erstreckt, und ein letzterer Teil, welcher sich vom Mittelpunkt c bis zur Austrittsebene erstreckt, spiegelsymmetrisch. Auf diese Weise hat die Bahn des Elektronenstrahls EB im zweiten Multipol-Element 120 eine gute Symmetrie.
Wie in 3A gezeigt, werden im zweiten Multipol-Element 120 die Bahnen EBx und EBy des Elektronenstrahls, nachdem sie durch den ersten Teil 120a stark verändert wurden, durch den zweiten Teil 120b in ihre ursprünglichen Zustände zurückversetzt. Schließlich werden die Zweifach-Astigmatismus-Komponenten durch den dritten Teil 120c ausgelöscht. Dann wird der Elektronenstrahl EB austreten gelassen. Auf diese Weise werden die Bahnen EBx und EBy des Elektronenstrahls im zweiten Multipol-Element 120 stark verändert. Folglich kann chromatische Aberration effizient erzeugt werden.
Das zweite Multipol-Element 120 erzeugt das erste elektromagnetische Feld genauso wie das erste Multipol-Element 110, indem es das elektrische Quadrupolfeld bei den Teilen 120a, 120b und 120c gleich macht und das magnetische Quadrupolfeld bei diesen drei Teilen verschieden macht. Die Magnetpole 124a bis 124d können den Teilen 120a, 120b und 120c des zweiten Multipol-Elements 120 gemeinsam sein, und die Elektroden 122a bis 122d können unabhängig gemacht sein. Folglich kann das erste elektromagnetische Feld erzeugt werden, indem das magnetische Quadrupolfeld bei den Teilen 120a, 120b und 120c des zweiten Multipol-Elements 120 gleich gemacht wird und das elektrische Quadrupolfeld bei diesen drei Teilen verschieden gemacht wird. In den Teilen 120a, 120b und 120c des zweiten Multipol-Elements 120 können die Magnetpole 124a bis 124d und die Elektroden 122a bis 122d unabhängig gemacht sein.
Die Übertragungslinse 130 ist zwischen dem ersten Multipol-Element 110 und dem zweiten Multipol-Element 120 angeordnet. Im veranschaulichten Beispiel besteht die Übertragungslinse 130 aus drei Linsenelementen 130a, 130b und 130c. Zum Beispiel ist die Übertragungslinse 130 eine Linse mit einer Übertragungsvergrößerung von 1:1. Ein im ersten Multipol-Element 110 erzeugtes umgekehrtes Raumbild wird durch die Übertragungslinse 130 in das zweite Multipol-Element 120 übertragen. Die Übertragungslinse 130 ist so angeordnet, dass eine Abweichung von einer Anordnung, in welcher der Mittelpunkt des ersten Multipol-Elements 110 vollständig in den Mittelpunkt des zweiten Multipol-Elements 120 übertragen wird, auftritt und dass es am Austritt (an der Austrittsebene) des zweiten Multipol-Elements 120 keine Zweifach-Astigmatismus-Komponente gibt. Die Übertragungslinse 130 kann, auf eine nicht dargestellte Weise, auch aus einem Paar von Linsenelementen bestehen.
Wirkungsweise der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration
Als nächstes wird die Wirkungsweise der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. 9 zeigt schematisch die Bahn des Elektronenstrahls im ersten Multipol-Element 110 und im zweiten Multipol-Element 120 der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100. In 9 gibt jeder Kreis eine Bahn des Elektronenstrahls in jedem Winkelbereich von 10 mrad an. Die Wirkungsweise wird anhand der 3A und 9 weiter beschrieben.
Im ersten Teil 110a des ersten Multipol-Elements 110 ist das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Folglich weist der auf den ersten Teil 110a auftreffende Elektronenstrahl EB eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente auf, wodurch die Bahn verändert wird. Insbesondere im ersten Teil 110a hat die Y-Bahn EBy des Strahls EB eine divergierende Komponente von zweifachem Astigmatismus und hat die X-Bahn EBx eine konvergierende Komponente von zweifachem Astigmatismus.
Im zweiten Teil 110b ist das magnetische Quadrupolfeld größer als das elektrische Quadrupolfeld eingestellt. Folglich wird die eine divergierende Komponente aufweisende Y-Bahn EBy im zweiten Teil 110b zurückgedrängt, wodurch die Zweifach-Astigmatismus-Komponente verringert wird. Die konvergierende Komponente der Zweifach-Astigmatismus-Komponente der X-Bahn EBx wird geschwächt, und die X-Bahn verläuft durch den Mittelpunkt c des ersten Multipol-Elements 110. Auf der X-Bahn EBx schneiden sich, wie in den 3A und 9 gezeigt, die Bahn auf der +X-Achsen-Seite und die Bahn auf der -X-Achsen-Seite im Mittelpunkt c des ersten Multipol-Elements 110.
Im dritten Teil 110c ist das elektrische Quadrupolfeld größer als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Folglich wird die Zweifach-Astigmatismus-Komponente des Elektronenstrahls EB schließlich im dritten Teil 110c ausgelöscht. Infolgedessen hat der aus dem dritten Teil 110c des ersten Multipol-Elements 110 austretende Elektronenstrahl EB keine Zweifach-Astigmatismus-Komponente, wie in 9 gezeigt. Der aus dem ersten Multipol-Element 110 ausgetretene Strahl EB tritt in die Übertragungslinse 130 ein.
Das im ersten Multipol-Element 110 erzeugte umgekehrte Raumbild wird durch die Übertragungslinse 130 in das zweite Multipol-Element 120 übertragen. Da der aus dem ersten Multipol-Element 110 austretende Elektronenstrahl EB keine Zweifach-Astigmatismus-Komponente hat, kann der Strahl EB proximal zu der Mitte der Übertragungslinse 130 auftreffen gelassen werden.
Im zweiten Multipol-Element 120 wird ein elektromagnetisches Feld so erzeugt, dass die X-Bahn EBx des Elektronenstrahls EB im zweiten Multipol-Element 120 und die X-Bahn EBx des Strahls EB im ersten Multipol-Element 110 symmetrisch zueinander sind und dass die Y-Bahn EBy des Strahls EB im zweiten Multipol-Element 120 und die Y-Bahn EBy des Strahls EB im ersten Multipol-Element 110 symmetrisch zueinander sind. Das heißt, das durch das zweite Multipol-Element 120 erzeugte elektromagnetische Feld ist bezüglich des durch das erste Multipol-Element 110 erzeugten elektromagnetischen Felds um 90 Grad um die optische Achse OA verdreht. Im zweiten Multipol-Element 120 wird folglich die im ersten Multipol-Element 110 erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponente durch die im zweiten Multipol-Element 120 erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponente ausgelöscht. Wie in 9 gezeigt, ist die Bahn des Elektronenstrahls im zweiten Multipol-Element 120 bezüglich der Bahn des Elektronenstrahls im ersten Multipol-Element 110 um 90 Grad um die optische Achse OA verdreht.
Negative chromatische Aberrationen werden in den Teilen 110a, 110b, 110c, 120a, 120b und 120c der Multipol-Elemente 110 und 120 durch Kombinationen von Aberrationen erzeugt. Demgemäß wird in der gesamten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 eine negative chromatische Aberration erzeugt. Folglich kann die positive chromatische Aberration in der Objektivlinse 14 durch die negative chromatische Aberration in der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ausgelöscht werden.
Prinzipien
Als nächstes wird das Prinzip beschrieben, nach welchem eine Zerstreuungslinsenwirkung durch eine Kombination von Aberrationen in Quadrupolfeldern mit Dicken in der Laufrichtung eines Elektronenstrahls erzeugt wird. Außerdem wird das Prinzip beschrieben, nach welchem zweifacher chromatischer Astigmatismus durch das zweite Multipol-Element 120 ausgelöscht werden kann.
Zum Beispiel erzeugen ein Quadrupol-Element und ein Hexapol-Element grundsätzlich ein Feld von zweifacher Symmetrie beziehungsweise ein Feld von dreifacher Symmetrie. Wenn ein durch ein solches Multipol-Element erzeugtes Feld durch ein Multipol-Erweiterungsverfahren zu mehreren Termen erweitert wird, sind diese symmetrischen Felder als die primären Terme bekannt. Ein tatsächliches Multipol-Element erzeugt geringe Beträge von Feldern infolge anderer Terme höherer Ordnung als des primären Terms. In einem gewöhnlich verwendeten Multipol-Element mit keiner oder einer geringen Dicke werden in der beabsichtigten Anwendung des Multipol-Elements andere Terme höherer Ordnung als der primäre Term vernachlässigt oder sind sie lediglich Störparameter. Jedoch wenn die Dicke des Multipol-Elements erhöht wird, zeigen andere Terme höherer Ordnung als der primäre Term Wirkungen. Ein Multipol-Element mit einer zur Nutzung der Wirkungen erforderlichen Länge in der Laufrichtung des Elektronenstrahls ist ein Multipol-Element mit einer „Dicke“. Durch das Multipol-Element erzeugte Felder haben „Dicken“.
Nun wird durch ein durch ein Quadrupol-Element erzeugtes statisches elektrisches oder magnetisches Feld oder durch überlagerte statische elektrische und magnetische Felder verursachter zweifacher Astigmatismus (ein Feld von zweifacher Symmetrie) erörtert. Beim Berechnen der Bahn eines Elektronenstrahls unter Verwendung einer komplexen Darstellung sei r eine Position in einem umgekehrten Raum (einer Brennebene). Sei r' (= ∂r/∂z) eine Neigung. Sei Ω ein komplexer Winkel. Sei Ω' (= ∂Ω/∂z) eine Ableitung eines komplexen Winkels. Angenommen, dass A₂ ein Zweifach-Astigmatismus-Koeffizient pro Längeneinheit ist, ist ein zweifacher Astigmatismus (geometrische Aberration) durch die folgende, eine komplexe Konjugierte von A₂ und Ω verwendende Formel gegeben. $A_{2} \bar{Ω}$
wobei Ω eine komplexe Konjugierte von Ω ist.
Eine komplexe Darstellung einer Position r₀ und einer Neigung r₀' eines Elektronenstrahls an der Einfallsfläche eines Quadrupol-Elements ist gegeben durch $(\begin{matrix} r_{0} \\ r'_{0} \end{matrix})$
Eine komplexe Darstellung einer weiteren Position r₁ und einer weiteren Neigung r₁' des Elektronenstrahls an der Einfallsfläche des Quadrupol-Elements ist gegeben durch $(\begin{matrix} r_{1} \\ r'_{1} \end{matrix})$
Sei f die Brennweite einer Objektivlinse. Wenn eine Objektebene in dieser Objektivlinse vorhanden ist und wenn die Position und die Neigung des Elektronenstrahls an dieser Stelle in Form eines umgekehrten Raums dargestellt sind, sind sie durch r = f Ω beziehungsweise r' = f Ω' gegeben.
Sei t die Dicke des Multipol-Elements in der Laufrichtung des Elektronenstrahls. Die Neigung des Elektronenstrahls an der Austrittsfläche dieses Multipol-Elements ist gegeben durch $\begin{array}{l} r'_{1} = r'_{0} \\ \begin{array}{l} + \sum_{n = 1} \frac{Ω_{0}}{(4 n - 1)! f 4^{n - 1}} {| A_{2} |}^{2 n} t^{4 n - 1} + \sum_{n = 1} \frac{Ω'_{0}}{(4 n)! f^{4 n - 1}} {| A_{2} |}^{2 n} t^{4 n} \\ - \sum_{n = 1} \frac{\bar{Ω_{0}}}{(4 n - 3)! f^{4 n - 3}} A_{2} \cdot {| A_{2} |}^{2 (n - 1)} t^{4 n - 3} - \sum_{n = 1} \frac{\bar{Ω_{0}'}}{(4 n - 2)! f^{4 n - 3}} A_{2} \cdot {| A_{2} |}^{2 (n - 1)} t^{4 n - 2} \end{array} \end{array}$

wobei n eine Ganzzahl (n > 0) ist.
In Gl. (1) stellt der Term mit dem Koeffizienten |A₂|²ⁿ eine zylindersymmetrische Linsenwirkung dar. Jeder Term mit positivem Vorzeichen (+) zeigt eine Zerstreuungslinsenwirkung an. Eine durch diese Wirkung erzeugte Auswirkung ist auch als „eine divergierende Fokussierwirkung des zylindersymmetrischen Typs“ bekannt. Andererseits stellt jeder den Koeffizienten A₂·|A₂|^2(n-1) aufweisende Term einen zweifachen Astigmatismus dar.
Sei A_E2 ein durch ein elektrisches Quadrupolfeld (elektrisches Feld von zweifacher Symmetrie) erzeugter Zweifach-Astigmatismus-Koeffizient. Die Stärke |A_E2| des elektrischen Quadrupolfelds ist gegeben durch $| A_{E 2} | \propto \frac{1}{U}$
wobei U eine Beschleunigungsspannung ist.
Sei A_B2 ein durch ein magnetisches Quadrupolfeld (magnetisches Feld von zweifacher Symmetrie) erzeugter Zweifach-Astigmatismus-Koeffizient. Die Stärke |A_B2| des magnetischen Quadrupolfelds ist gegeben durch $| A_{B 2} | \propto \frac{1}{\sqrt{U}}$
In einer Optik mit einer durch ein Quadrupolfeld mit einer Dicke erzeugten Zerstreuungslinsenwirkung lauten die Indizes des Koeffizienten |A₂| aus Gl. (1) 2n und 2(n-1). Wenn dies berücksichtigt wird, kann die Abhängigkeit der Ablenkkraft der Optik von der Beschleunigungsspannung wegen einer Kombination von mit dem Koeffizienten |A₂| verbundenen Termen so eingestellt werden, dass sie proportional zu 1/U^N ist (wobei N eine positive Ganzzahl ist).
Ferner hat der Koeffizient |A₂| in einer Optik, in welcher die elektrische Ablenkkraft und die magnetische Ablenkkraft auf einen Elektronenstrahl mit einer gegebenen Beschleunigungsspannung ausgelöscht werden, für einen Elektronenstrahl mit einer von der gegebenen Beschleunigungsspannung verschiedenen Beschleunigungsspannung einen endlichen Wert. Folglich wird der Elektronenstrahl einer Zerstreuungslinsenwirkung unterzogen.
Wenn die in Gl. (1) gezeigte Objektivlinse mit der Brennweite f vom magnetischen Typ ist, ist die Ablenkkraft dieser Objektivlinse gegeben durch $\frac{1}{f} \propto \frac{1}{U}$
Wie zuvor beschrieben, ist die Abhängigkeit der durch ein Quadrupolfeld mit einer Dicke erzeugten Ablenkkraft von der Beschleunigungsspannung durch 1/U^N gegeben. Andererseits ist die Abhängigkeit der durch eine Objektivlinse erzeugten Ablenkkraft wie durch Gl. (4) gegeben von der Beschleunigungsspannung durch 1/U gegeben. Das heißt, diese beiden Arten der Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung unterscheiden sich stark, und daher hat ein Quadrupolfeld mit einer Dicke einen vom Brechungsindex einer Objektivlinse verschiedenen Brechungsindex. Aufgrund dieses Unterschieds kann man erkennen, dass eine Zerstreuungslinsenwirkung eines Quadrupolfelds mit einer Dicke verwendet werden kann, um chromatische Aberration in der Objektivlinse zu korrigieren.
Wenn die Dicke t des Quadrupol-Elements erhöht wird, wird die Zerstreuungslinsenwirkung stärker, wie durch Gl. (1) gegeben. Demgemäß ist es möglich, die Dicke t gemäß der erforderlichen Stärke der Zerstreuungslinsenwirkung festzulegen.
Neue zweifache Astigmatismen werden in einer einzigen Quadrupolfeld-Stufe erzeugt, wie durch die Terme der rechten Seite von Gl. (1) mit dem Koeffizienten A₂·|A₂|^2(n-1) gegeben. Jedoch können diese zweifachen Astigmatismen durch Bereitstellen von zwei Stufen von Quadrupolen entfernt werden, wie unten gegeben. Durch die beiden Stufen von Quadrupolen jeweils erzeugte Felder von zweifacher Symmetrie werden analog und antisymmetrisch gemacht. Speziell werden zwei Multipol-Elemente vom gleichen Aufbau angeordnet und werden Spannungen entgegengesetzter Polaritäten an die Multipol-Elemente angelegt. Alternativ werden die Multipol-Elemente mit Strömen entgegengesetzter Polaritäten erregt. Angenommen, dass die entlang der optischen Achse genommenen Dicken der Quadrupol-Elemente gleich sind, ist die Neigung r₂' des Elektronenstrahls an der Austrittsfläche der zweiten Quadrupolelement-Stufe gegeben durch $\begin{array}{l} r'_{2} = - 2 \sum_{n = 1} \frac{Ω_{0}}{(4 n - 1)! f^{4 n - 1}} {| A_{2} |}^{2 n} t^{4 n - 1} \\ + \sum_{n = 1} \sum_{m = 1} [\frac{16 m n - 4 n - 4 m}{(4 n)! (4 m)!}] \frac{Ω_{0}}{f^{4 n + 4 m - 1}} {| A_{2} |}^{2 n + 2 m} t^{4 n + 4 m - 1} \\ + \sum_{n = 1} \sum_{m = 1} [\frac{- 16 m n + 12 n + 12 m - 8}{(4 n - 2)! (4 m - 2)!}] \frac{Ω_{0}}{f^{4 n + 4 m - 5}} {| A_{2} |}^{2 n + 2 m - 2} t^{4 n + 4 m - 5} \end{array}$
wobei n und m positive Ganzzahlen sind.
Wenn zwei Stufen von Quadrupol-Elementen mit entgegengesetzten Polaritäten wie durch Gl. (5) gegeben angeordnet sind, verschwindet der in Gl. (1) gezeigte Term mit dem Koeffizienten A₂-|A₂|^2(n-1) des zweifachen Astigmatismus. Da Terme mit positivem Vorzeichen (+) der rechten Seite dieser Gleichung eine Zerstreuungslinsenwirkung anzeigen, kann nur eine zur Aberrationskorrektur erforderliche zylindersymmetrische Linsenwirkung extrahiert werden. Auf diese Weise kann die Zerstreuungslinsenwirkung der beiden Stufen von Quadrupol-Elementen, welche jeweils eine Dicke haben, chromatische Aberration in der Objektivlinse korrigieren, ohne zweifachen Astigmatismus zu erzeugen.
Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 gemäß der ersten Ausführungsform und das Elektronenmikroskop 10 haben die folgenden Merkmale.
In der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 enthält das erste Multipol-Element 110 den ersten Teil 110a, den zweiten Teil 110b und den dritten Teil 110c, welche entlang der optischen Achse OA angeordnet sind. Jeder der drei Teile 110a bis 110c hat eine Dicke in der Laufrichtung des Elektronenstrahls EB. Folglich können der erste Teil 110a und der dritte Teil 110c des ersten Multipol-Elements 110 durch eine Kombination von Aberrationen in Quadrupolfeldern, welche jeweils eine Dicke in der Laufrichtung des Elektronenstrahls haben, Zerstreuungslinsenwirkungen erzeugen. Der zweite Teil 110b des ersten Multipol-Elements 110 kann durch eine Kombination von Aberrationen in Quadrupolfeldern, welche jeweils eine Dicke in der Laufrichtung des Elektronenstrahls haben, eine Sammellinsenwirkung erzeugen.
Die Teile 110a, 110b und 110c des ersten Multipol-Elements 110 erzeugen Quadrupolfelder aus überlagerten elektrischen und magnetischen Quadrupolfeldern. Folglich kann eine größere negative chromatische Aberration erzielt werden als bei Erzeugung eines Quadrupolfelds allein unter Verwendung eines elektrischen oder magnetischen Quadrupolfelds.
Im ersten Teil 110a des ersten Multipol-Elements 110 der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ist das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Im zweiten Teil 110b ist das magnetische Quadrupolfeld stärker als das elektrische Quadrupolfeld eingestellt. Im dritten Teil 110c ist das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt. Die im zweiten Teil 110b erzeugte Zweifach-Astigmatismus-Komponente ist den im ersten Teil 110a und im dritten Teil 110c erzeugten Zweifach-Astigmatismus-Komponenten im Vorzeichen entgegengesetzt. Folglich kann der von Zweifach-Astigmatismus-Komponenten freie Elektronenstrahl EB aus dem ersten Multipol-Element 110 erzeugt werden. Deshalb kann der Elektronenstrahl EB proximal zu der Mitte der Übertragungslinse 130 auftreffen gelassen werden. Somit können die Wirkungen von Aberrationen in der Übertragungslinse 130 mit der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 verringert werden. Ausrichtungen können leicht durchgeführt werden.
Zum Beispiel wenn ein Elektronenstrahl mit zweifachem Astigmatismus aus dem ersten Multipol-Element austritt, wird der Strahl durch die zwischen dem ersten und dem zweiten Multipol-Element angeordnete Übertragungslinse aufgespreizt. Wenn ein Elektronenstrahl durch ein Ende einer Linse hindurchtritt, wird gewöhnlich eine große Aberration eingeführt. Wenn ein Elektronenstrahl mit zweifachem Astigmatismus aus dem ersten Multipol-Element austritt, kann deshalb durch die Übertragungslinse ein große Aberration in den Strahl eingeführt werden. Dies erschwert das Durchführen von Ausrichtungen oder verkompliziert Ausrichtvorgänge. Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 macht es möglich, den von Zweifach-Astigmatismus-Komponenten freien Elektronenstrahl EB aus dem ersten Multipol-Element 110 zu erzeugen, und deshalb können die Wirkungen von Aberrationen in der Übertragungslinse 130 verringert werden. Es ist leichter, Ausrichtungen durchzuführen.
Ferner können im ersten Multipol-Element 110 die Bahnen EBx und EBy des Elektronenstrahls durch die drei Teile (drei Stufen) 110a, 110b und 110c stark verändert werden. Deshalb kann chromatische Aberration effizienter als bei Verwendung einer einzigen Multipolelement-Stufe erzeugt werden. Dies macht es möglich, die in der Laufrichtung des Elektronenstrahls genommene Dicke des ersten Multipol-Elements 110 zu verringern. Zum Beispiel sind in einem Multipol-Element Feldladung und ganz geringe Spannungsinstabilität bedeutende Ursachen, welche zu einer Verschlechterung der äußersten Auflösung des Elektronenmikroskops führen. Bei einer Vergrößerung der in der Laufrichtung des Elektronenstrahls genommenen Dicke eines Multipol-Elements wirken sich diese Störungskomponenten über eine verlängerte Strecke auf ein elektrisches Feld aus, wodurch der Elektronenstrahl in einem größeren Ausmaß gestört wird. Demgemäß kann die Auflösung durch Verringern der Dicke des Multipol-Elements verbessert werden. In der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 kann das erste Multipol-Element 110 verkürzt sein wie zuvor beschrieben. Daher kann die Auflösung des Elektronenmikroskops 10 verbessert werden.
In der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ist das durch das zweite Multipol-Element 120 erzeugte zweite elektromagnetische Feld bezüglich des durch das erste Multipol-Element 110 erzeugten ersten elektromagnetischen Felds um 90 Grad um die optische Achse verdreht. Folglich kann die im ersten Multipol-Element 110 erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponente durch die im zweiten Multipol-Element 120 erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponente ausgelöscht werden. Infolgedessen können in der gesamten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponenten beseitigt werden.
In der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ist die elektrische Quadrupolfeld-Komponente des durch das erste Multipol-Element 110 erzeugten ersten elektromagnetischen Felds entlang der optischen Achse OA konstant. Somit kann das elektrisches Quadrupolfeld durch einen einfachen Aufbau erzeugt werden.
In der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 enthält das erste Multipol-Element 110 die mehreren Elektroden 112a bis 112d, welche sich vom ersten Teil 110a zum dritten Teil 110c erstrecken. Die Elektroden 112a bis 112d erzeugen einheitliche elektrische Quadrupolfelder im ersten Teil 110a, zweiten Teil 110b und dritten Teil 110c. Auf diese Weise kann die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 elektrische Quadrupolfelder mit einem einfachen Aufbau erzeugen.
Im Elektronenmikroskop 10 kann die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 Aberrationen durch Erzeugen negativer chromatischer Aberrationen effizient korrigieren. Demgemäß kann im Elektronenmikroskop 10 die Länge oder Dicke des ersten Multipol-Elements 110 verringert werden und kann somit die Auflösung verbessert werden. Ferner können im Elektronenmikroskop 10 Ausrichtungen leicht durchgeführt werden, da es mit der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ausgestattet ist.
Abwandlungen
Als nächstes werden anhand einiger Zeichnungen Abwandlungen der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Erste Abwandlung
Eine erste Abwandlung wird beschrieben. 10 zeigt die Optik einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 200 gemäß der ersten Abwandlung. Die 11A bis 11D zeigen ein erstes Multipol-Element 110 und ein zweites Multipol-Element 120 der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 200. 11A zeigt die Konfiguration der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 200. In 11A ist eine X-Bahn EBx als eine typische Bahn eines Elektronenstrahls EB in der X-Richtung gezeigt. Eine Y-Bahn EBy ist als eine typische Bahn des Strahls EB in der Y-Richtung gezeigt. 11B zeigt Zweifach-Astigmatismus-Komponenten in verschiedenen Teilen 110a, 110b, 110c, 120a, 120b und 120c der Multipol-Elemente 110 und 120. 11C zeigt in den verschiedenen Teilen 110a, 110b, 110c, 120a, 120b und 120c der Multipol-Elemente 110 und 120 erzeugte Linsenwirkungen. 11D zeigt im ersten Multipol-Element 110 und im zweiten Multipol-Element 120 erzeugte chromatische Zweifach-Astigmatismus-Komponenten. Diejenigen Elemente der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 200, welche funktionell ihren jeweiligen Ebenbildern in der obenerwähnten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 gleichen, sind durch die gleichen Bezugszeichen wie in den obengenannten Figuren bezeichnet, und auf eine ausführliche Beschreibung derselben wird verzichtet.
Die oben beschriebene Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ist das erste Multipol-Element 110, das zweite Multipol-Element 120 und die zwischen dem ersten Multipol-Element 110 und dem zweiten Multipol-Element 120 angeordnete Übertragungslinse 130 enthaltend konfiguriert wie in den 2 und 3 gezeigt.
Hingegen ist die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 200 das erste Multipol-Element 110 und das zweite Multipol-Element 120 enthaltend konfiguriert wie in den 10 und 11 gezeigt. Das heißt, in der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 200 ist die Übertragungslinse 130 nicht zwischen dem ersten Multipol-Element 110 und dem zweiten Multipol-Element 120 angeordnet. Der Abstand zwischen dem ersten Multipol-Element 110 und dem zweiten Multipol-Element 120 ist so eingestellt, dass außerhalb der Achse liegende Aberrationen verringert werden. In weiteren Hinsichten gleicht die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 200 in der Konfiguration der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100, und auf eine Beschreibung solcher gleicher Teile wird verzichtet.
Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 200 kann die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die obenerwähnte Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 hervorbringen.
Zweite Abwandlung
Als nächstes wird eine zweite Abwandlung beschrieben. 12 zeigt die Optik einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 300 gemäß der zweiten Ausführungsform. Diejenigen Elemente der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 300, welche funktionell ihren jeweiligen Ebenbildern in der obenerwähnten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 gleichen, sind durch die gleichen Bezugszeichen wie in den obengenannten Figuren bezeichnet, und auf eine ausführliche Beschreibung derselben wird verzichtet.
Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 300 enthält ein drittes Multipol-Element 310 zum Überlagern eines elektrischen Felds von vierfacher Symmetrie mit dem durch das erste Multipol-Element 110 erzeugten ersten elektromagnetischen Feld und ein viertes Multipol-Element 320 zum Überlagern eines elektrischen Felds von vierfacher Symmetrie mit dem durch das zweite Multipol-Element 120 erzeugten zweiten elektromagnetischen Feld. Folglich kann die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 300 zusätzlich zu chromatischer Aberration sphärische Aberration korrigieren.
Das dritte Multipol-Element 310 überlagert das elektrische Feld von vierfacher Symmetrie dem Quadrupolfeld aus durch den zweiten Teil 110b (3) des ersten Multipol-Elements 110 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern. Das vierte Multipol-Element 320 überlagert das elektrische Feld von vierfacher Symmetrie dem Quadrupolfeld aus durch den zweiten Teil 120b des zweiten Multipol-Elements 120 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern. Zum Beispiel ist jedes des dritten Multipol-Elements 310 und des vierten Multipol-Elements 320 ein Oktopol-Element.
Wenn der Elektronenstrahl EB zweifachen Astigmatismus aufweist, wenn ihm ein vierfach symmetrisches Feld überlagert ist, wird eine negative sphärische Aberration -C_s erzeugt wie unten gegeben. $- C_{S} \propto Α_{2}^{2} \cdot A_{4}$
wobei A₂ ein Zweifach-Astigmatismus-Koeffizient ist und A₄ ein Vierfach-Astigmatismus-Koeffizient ist. Chromatische Aberration und sphärische Aberration können auf diese Weise durch Überlagern eines astigmatischen Felds von vierfacher Symmetrie gleichzeitig korrigiert werden.
Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 300 macht es möglich, zusätzlich zu chromatischer Aberration sphärische Aberration zu korrigieren.
Das dritte Multipol-Element 310 und das vierte Multipol-Element 320 der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 300 können magnetische Felder von vierfacher Symmetrie anstelle elektrischer Felder von vierfacher Symmetrie überlagern. Auch in diesem Fall kann sphärische Aberration zusätzlich zu chromatischer Aberration korrigiert werden.
Dritte Abwandlung
Als nächstes wird eine dritte Abwandlung beschrieben. 13 zeigt die Optik einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 400 gemäß der dritten Abwandlung. Diejenigen Elemente der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 400, welche funktionell ihren jeweiligen Ebenbildern in der obenerwähnten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 gleichen, sind durch die gleichen Bezugszeichen wie in den obengenannten Figuren bezeichnet, und auf eine ausführliche Beschreibung derselben wird verzichtet.
Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 400 enthält ein drittes Multipol-Element 410 zum Überlagern eines elektrischen Felds von dreifacher Symmetrie mit dem durch das erste Multipol-Element 110 erzeugten ersten elektromagnetischen Feld und ein viertes Multipol-Element 420 zum Überlagern eines elektrischen Felds von dreifacher Symmetrie mit dem durch das zweite Multipol-Element 120 erzeugten zweiten elektromagnetischen Feld. Folglich kann die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 400 zusätzlich zu chromatischer Aberration sphärische Aberration korrigieren.
Das dritte Multipol-Element 410 überlagert das elektrische Feld von dreifacher Symmetrie dem Quadrupolfeld aus durch den ersten Teil 110a oder den dritten Teil 110c des ersten Multipol-Elements 110 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern. Das vierte Multipol-Element 420 überlagert das elektrische Feld von dreifacher Symmetrie dem Quadrupolfeld aus durch den ersten Teil 120a oder den dritten Teil 120c des zweiten Multipol-Elements 120 erzeugten überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern. Jedes des dritten Multipol-Elements 410 und des vierten Multipol-Elements 420 ist zum Beispiel ein Hexapol-Element.
Wenn der Elektronenstrahl EB in den Multipol-Elementen 110 und 120 aufgespreizt wird, wenn ein Dreifach-Astigmatismus überlagert ist, kann sphärische Aberration korrigiert werden. Deshalb macht die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 400 es möglich, zusätzlich zu chromatischer Aberration sphärische Aberration zu korrigieren.
Das dritte Multipol-Element 410 und das vierte Multipol-Element 420 der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 400 können magnetische Felder von dreifacher Symmetrie anstelle elektrischer Felder von dreifacher Symmetrie überlagern. Auch in diesem Fall kann sphärische Aberration zusätzlich zu chromatischer Aberration korrigiert werden.
Vierte Abwandlung
Als nächstes wird eine vierte Abwandlung beschrieben. 14 ist eine schematische Draufsicht eines ersten Multipol-Elements 510 einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 500 gemäß der vierten Abwandlung. 15 ist eine schematische perspektivische Ansicht von Polen 510a, 510b und 510c des ersten Multipol-Elements 510 der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 500. 14 ist eine entlang der optischen Achse OA genommene Ansicht der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 500. Diejenigen Elemente der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 500, welche funktionell ihren jeweiligen Ebenbildern in der obenerwähnten Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 gleichen, sind durch die gleichen Bezugszeichen wie in den obengenannten Figuren bezeichnet, und auf eine ausführliche Beschreibung derselben wird verzichtet.
Im obigen Beispiel einer Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 sind die verschiedenen Teile 110a, 110b und 110c des ersten Multipol-Elements 110 die Quadrupol-Elektroden 112a bis 112d und die Quadrupol-Magnetpole 114a bis 114d enthaltend konfiguriert wie in 4 gezeigt. Ferner sind die verschiedenen Teile 120a, 120b und 120c des zweiten Multipol-Elements 120 die Quadrupol-Elektroden 122a bis 122d und die Quadrupol-Magnetpole 124a bis 124d enthaltend konfiguriert wie in 8 gezeigt.
In der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 500 hingegen ist jeder des ersten Teils 510a, des zweiten Teils 510b und des dritten Teils 510c des ersten Multipol-Elements 510 ein Dodekapol- (12-poliges) Element wie in 14 gezeigt. Die drei Teile 510a, 510b und 510c des ersten Multipol-Elements 510 erzeugen unter Verwendung von Dodekapol-Elementen Quadrupolfelder aus überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern.
Das erste Multipol-Element 510 ist 12 Pole 511a bis 5111, welche um die optische Achse OA herum angeordnet sind, enthaltend konfiguriert. Der Pol 511a des ersten Multipol-Elements 510 weist eine Elektrode 512 und drei Stufen von Magnetpolen 514a, 514b und 514c auf, wie in 15 gezeigt. Jeder der weiteren Pole 511b bis 5111 des ersten Multipol-Elements 510 weist genauso wie der Pol 511a die gemeinsame Elektrode 512 und drei Stufen von Magnetpolen 514a, 514b und 514c auf.
Die Elektrode 512 erstreckt sich vom ersten Teil 510a zum dritten Teil 510c des ersten Multipol-Elements 510. Das heißt, die Elektrode 512 ist den Teilen 510a, 510b und 510c gemeinsam.
Der Magnetpol 514a bildet den ersten Teil 510a des ersten Multipol-Elements 510. Der Magnetpol 514a und die Elektrode 512 der Pole 511a bis 5111 erzeugen ein Quadrupolfeld aus überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern im ersten Teil 510a.
Der Magnetpol 514b bildet den zweiten Teil 510b des ersten Multipol-Elements 510. Der Magnetpol 514b und die Elektrode 512 der Pole 511a bis 5111 erzeugen ein Quadrupolfeld aus überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern im zweiten Teil 510b.
Der Magnetpol 514c bildet den dritten Teil 510c des ersten Multipol-Elements 510. Der Magnetpol 514c und die Elektrode 512 der Pole 511a bis 5111 erzeugen ein Quadrupolfeld aus überlagerten elektrischen und magnetischen Feldern im dritten Teil 510c.
Das zweite Multipol-Element 520 gleicht in der Konfiguration dem ersten Multipol-Element 510, und auf eine Beschreibung desselben wird verzichtet.
Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 500 kann die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 hervorbringen.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird anhand von 16, welche die Konfiguration des Elektronenmikroskops 20 zeigt, ein Elektronenmikroskop gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diejenigen Elemente des Elektronenmikroskops 20, welche funktionell ihren jeweiligen Ebenbildern im oben beschriebenen Elektronenmikroskop 10 gleichen, sind durch die gleichen Bezugszeichen wie in den obengenannten Figuren bezeichnet, und auf eine ausführliche Beschreibung derselben wird verzichtet.
In der obigen ersten Ausführungsform wird die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Aberrations-Korrekturvorrichtung für das Abbildungssystem verwendet.
Im Elektronenmikroskop 20 gemäß der zweiten Ausführungsform hingegen wird die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Aberrations-Korrekturvorrichtung für das Beleuchtungssystem verwendet. Nun wird ein Fall beschrieben, in welchem die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 als eine Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Das Elektronenmikroskop 20 ist eine Elektronenkanone 11, einen Hochspannungssteuerungsteil 12, eine erste Kondensorlinse 13a, die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100, eine zweite Kondensorlinse 13b, eine Objektivlinse 14, einen Objekttisch 15, eine Zwischenprojektionslinse 16 und eine Beobachtungskammer 17 enthaltend konfiguriert.
Die Elektronenkanone 11 hat eine Hochspannungs-Stromversorgung unter Kontrolle des Hochspannungssteuerungsteils 12 und erzeugt einen Elektronenstrahl.
Die erste Kondensorlinse 13a fokussiert den durch die Elektronenkanone 11 erzeugten Elektronenstrahl. Der fokussierte Strahl tritt in die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ein.
Die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 korrigiert Aberrationen in der ersten Kondensorlinse 13a. Der Elektronenstrahl, dessen chromatische Aberration durch die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 korrigiert wurde, wird durch die zweite Kondensorlinse 13b fokussiert. Der fokussierte Strahl durchläuft dann die Objektivlinse 14 und den Objekttisch 15.
Die Zwischenprojektionslinse 16 wirkt mit der Objektivlinse 14 zusammen, um ein Abbildungssystem zu bilden. Die Zwischenprojektionslinse 16 fokussiert den Strahl auf eine Kamera (nicht gezeigt) in der Beobachtungskammer 17.
Da das Elektronenmikroskop 20 die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 enthält, kann chromatische Aberration im Beleuchtungssystem (d.h. in der ersten Kondensorlinse 13a) korrigiert werden. Demgemäß kann das Elektronenmikroskop 20 eine hohe Auflösung haben. Ferner kann die Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 im Elektronenmikroskop 20 Aberrationen korrigieren, indem sie effizient negative chromatische Aberrationen erzeugt. Demgemäß kann beim Elektronenmikroskop 20 die Länge oder Dicke des ersten Multipol-Elements 110 verringert werden und die Auflösung verbessert werden. Außerdem ist das Elektronenmikroskop 20 mit der Vorrichtung zur Korrektur chromatischer Aberration 100 ausgestattet, und daher können Ausrichtungen leicht durchgeführt werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungen sind lediglich beispielhaft, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beschränkt. Zum Beispiel können die Ausführungsformen und Abwandlungen in geeigneter Weise kombiniert werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst Konfigurationen (z.B. in Funktion, Verfahren und Ergebnissen identische oder in Zweck und vorteilhaften Auswirkungen identische Konfigurationen), welche mit den in einer beliebigen der obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen im Wesentlichen identisch sind. Außerdem umfasst die Erfindung Konfigurationen, welche abgesehen davon, dass ihre nichtwesentlichen Teile ersetzt wurden, den in einer beliebigen der obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen gleichen. Weiter umfasst die Erfindung Konfigurationen, welche in vorteilhaften Auswirkungen identisch sind mit den oder welche das gleiche Ziel erreichen können wie die in einer beliebigen der obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen. Ferner umfasst die Erfindung Konfigurationen, welche abgesehen davon, dass ein allgemein bekanntes Verfahren hinzugefügt ist, den in einer beliebigen der obigen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen gleichen.

Claims

Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration zur Verwendung mit einem Elektronenmikroskop (10), wobei die Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration aufweist: ein erstes Multipol-Element (110) zum Erzeugen eines ersten elektromagnetischen Felds; und ein zweites Multipol-Element (120) zum Erzeugen eines zweiten elektromagnetischen Felds; wobei das erste Multipol-Element (110) einen ersten Teil (110a), einen zweiten Teil (110b) und einen dritten Teil (110c) aufweist, welche entlang einer optischen Achse (OA) angeordnet sind; wobei jeder des ersten Teils (110a), des zweiten Teils (110b) und des dritten Teils (110c) eine Dicke in der Laufrichtung eines Elektronenstrahls (EB) hat und ein Quadrupolfeld erzeugt, in welchem ein elektrisches Quadrupolfeld und ein magnetisches Quadrupolfeld überlagert sind; dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teil (110a) das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt ist; im zweiten Teil (110b) das magnetische Quadrupolfeld stärker als das elektrische Quadrupolfeld eingestellt ist; und im dritten Teil (110c) das elektrische Quadrupolfeld stärker als das magnetische Quadrupolfeld eingestellt ist; wobei der zweite Teil (110b) eine Zweifach-Astigmatismus-Komponente erzeugt, welche den durch den ersten (110a) und den dritten Teil (110c) erzeugten Zweifach-Astigmatismus-Komponenten im Vorzeichen entgegengesetzt ist; und wobei das zweite elektromagnetische Feld bezüglich des ersten elektromagnetischen Felds um 90 Grad um die optische Achse (OA) verdreht ist; wobei das erste Multipol-Element (110) mehrere sich vom ersten Teil (110a) zum dritten Teil (110c) erstreckende Elektroden (112a...d) aufweist und wobei die Elektroden (112a....d) in jedem des ersten Teils (110a), des zweiten Teils (110b) und des dritten Teils (110c) einheitliche elektrische Quadrupolfelder erzeugen.
Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration nach Anspruch 1, wobei die elektrische Quadrupolfeld-Komponente des ersten elektromagnetischen Felds entlang der optischen Achse (OA) konstant ist.
Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration nach Anspruch 1 oder 2, welche außerdem eine zwischen dem ersten Multipol-Element (110) und dem zweiten Multipol-Element (120) angeordnete Übertragungslinse (130) aufweist.
Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, welche außerdem aufweist: ein drittes Multipol-Element (310) zum Überlagern eines elektrischen oder magnetischen Felds von vierfacher Symmetrie mit dem ersten elektromagnetischen Feld; und ein viertes Multipol-Element (320) zum Überlagern eines elektrischen oder magnetischen Felds von vierfacher Symmetrie mit dem zweiten elektromagnetischen Feld.
Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, welche außerdem aufweist: ein drittes Multipol-Element (410) zum Überlagern eines elektrischen oder magnetischen Felds von dreifacher Symmetrie mit dem ersten elektromagnetischen Feld; und ein viertes Multipol-Element (420) zum Überlagern eines elektrischen oder magnetischen Felds von dreifacher Symmetrie mit dem zweiten elektromagnetischen Feld.
Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Teil (110a) und der dritte Teil (110c) eine Zerstreuungslinsenwirkung haben und wobei der zweite Teil (110b) eine Sammellinsenwirkung hat.
Elektronenmikroskop (10), welches eine Vorrichtung (100) zur Korrektur chromatischer Aberration nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.