Die vorliegende Erfindung betrifft eine Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration zur Verwendung in einem Elektronenmikroskop.The present invention relates to a correction device for correcting the spherical aberration for use in an electron microscope.
Bei einer bekannten Aberrationskorrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration in Linsen, die in einem Elektronenmikroskop aufgebaut ist, sind zwei axialsymmetrische Linsen zwischen zwei mehrpoligen Elementen angeordnet, die sechspolige Felder erzeugen. Es ist zu beachten, daß die ”axialsymmetrische Linse” so ausgebildet ist, daß die Geometrie der Linseneigenschaften durch die Drehung der Linse um die optische Achse nicht beeinträchtigt wird.In a conventional aberration corrector for correcting spherical aberration in lenses constructed in an electron microscope, two axially symmetric lenses are interposed between two multipolar elements which generate six-pole arrays. It should be noted that the "axisymmetric lens" is designed so that the geometry of the lens properties is not affected by the rotation of the lens about the optical axis.
3 zeigt schematisch den Aufbau des Beleuchtungssystems eines Elektronenmikroskops, das mit der üblichen Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration ausgestattet ist. Es ist zu beachten, daß das Ablenksystem und ein Teil des Fokussiersystems in dieser Figur weggelassen sind. Das Mikroskop hat eine Quelle 1, die einen Elektronenstrahl 2 emitiert. Dieser Strahl 2 durchläuft eine Kondensorlinse, die eine Blende 3 hat. Der zur optischen Achse parallel ausgerichtete Strahl tritt in die Korrekturoptik 5 zur Korrektur der sphärischen Aberration ein. Ein von der Korrekturoptik 5 ausgehender und parallel zur optischen Achse laufender Elektronenstrahl wird durch eine Objektivlinse 6 auf eine Probe 7 gerichtet. 3 shows schematically the structure of the illumination system of an electron microscope, which is equipped with the usual correction means for correcting the spherical aberration. It should be noted that the deflection system and a part of the focusing system are omitted in this figure. The microscope has a source 1 that has an electron beam 2 emits. This ray 2 passes through a condenser lens, which forms an aperture 3 Has. The beam aligned parallel to the optical axis enters the correction optics 5 to correct the spherical aberration. One of the correction optics 5 outgoing and parallel to the optical axis running electron beam is through an objective lens 6 on a sample 7 directed.
Die Korrekturoptik 5 hat mehrpolige Elemente 8 und 9 zur Erzeugung der sechspoligen Felder und axialsymmetrische Linsen 10 und 11, die sich zwischen den mehrpoligen Elementen 8 und 9 befinden. Diese mehrpoligen Elemente 8 und 9 sind so angeordnet, daß sie bezüglich der optischen Achse in Phase sind und keine Drehbeziehung um die optische Achse in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse haben. Die Linsen 10 und 11 haben die gleiche Brennweite f. Ihre sphärische Aberration wird korrigiert, vorausgesetzt, daß der Abstand zwischen dem mehrpoligen Element 8 und der axialsymmetrischen Linse 10f, der Abstand zwischen den Linsen 10 und 11 2f, und der Abstand zwischen der Linse 11 und der mehrpoligen Linse 9f ist, wobei die mehrpoligen Elemente 8 und 9 mit der gleichen Intensität K erregt werden, und die Elemente 8 und 9 die gleiche Breite Z, gemessen längs der optischen Achse, haben.The correction optics 5 has multipolar elements 8th and 9 for generating the six-pole fields and axially symmetric lenses 10 and 11 extending between the multipolar elements 8th and 9 are located. These multipolar elements 8th and 9 are arranged so that they are in phase with respect to the optical axis and have no rotational relationship about the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis. The lenses 10 and 11 have the same focal length f. Their spherical aberration is corrected, provided that the distance between the multipolar element 8th and the axisymmetric lens 10f , the distance between the lenses 10 and 11 2f , and the distance between the lens 11 and the multipolar lens 9f is, where the multipolar elements 8th and 9 be excited with the same intensity K, and the elements 8th and 9 have the same width Z measured along the optical axis.
Bei der Korrekturoptik zur Korrektur der sphärischen Aberration ist es jedoch notwendig, bestimmte Anordnungsbedingungen unter Anwendung axialsymmetrischer Linsen mit der gleichen Brennweite zu realisieren. Es ist daher nicht möglich, die Vergrößerung mittels der Korrekturoptik zu verändern. Daher wird die erhaltene minimale Elektronensonde durch die sphärische Aberration begrenzt. Folglich ist es nicht möglich, eine ausreichend kleine Elektronensonde mit einer ausreichenden Stromgröße zu erhalten. Die Verkleinerungswirkung an der Elektronensonde muß anderen Linsen übertragen werden.However, in the spherical aberration correcting optical system, it is necessary to realize certain arrangement conditions by using axisymmetric lenses having the same focal length. It is therefore not possible to change the magnification by means of the correction optics. Therefore, the obtained minimum electron probe is limited by the spherical aberration. Consequently, it is not possible to obtain a sufficiently small electron probe with a sufficient current size. The diminishing effect on the electron probe must be transmitted to other lenses.
Außerdem müssen die mehrpoligen Elemente 8, 9 so angeordnet sein, daß keine Drehbeziehung um die optische Achse in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse besteht. In der Praxis wird ein bestimmter Grad an Drehbeziehung unvermeidbar innerhalb von Herstellungs- und Montagetoleranzen hervorgerufen. Außerdem unterliegen Elektronen, die über die axialsymmetrischen Linsen 10, 11 übertragen werden, einer Drehwirkung in der Ebene senkrecht zur optischen Achse. Wenn die Polarität irgendeiner Spule umgekehrt wird, wird zwangsläufig ein bestimmtes Maß an Drehbeziehung hervorgerufen. Es ist daher notwendig, die hervorgerufene Drehbeziehung durch Steuerung der Erregung der mehrpoligen Elemente und Drehung des Phasenwinkels des wirksamen Feldes zu korrigieren. Wenn die mehrpoligen Elemente auf diese Weise verwendet werden, erzeugen sie leicht Aberrationen höherer Ordnung.In addition, the multipole elements must 8th . 9 be arranged so that no rotational relationship about the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis. In practice, a certain degree of rotational relationship is inevitably caused within manufacturing and assembly tolerances. In addition, electrons are subject to the axisymmetric lenses 10 . 11 be transmitted, a rotational action in the plane perpendicular to the optical axis. When the polarity of any coil is reversed, a certain amount of rotational relationship is inevitably caused. It is therefore necessary to correct the induced rotational relationship by controlling the excitation of the multipole elements and rotating the phase angle of the effective field. When used in this way, the multipole elements easily create higher order aberrations.
In der WO 99/30342 A1 wird eine Korrekturvorrichtung zur Linsenfehlerkorrektur in Ladungsträger-optischen Geräten beschreiben, die eine Korrektureinheit aufweist, die mit mindestens zwei Hexapolen versehen ist, zwischen denen ein erstes Abbildungsübertragungssystem angeordnet ist, um einen Hexapol auf den anderen Hexapol abzubilden, und wobei die Korrekturvorrichtung außerdem ein zweites Übertragungssystem zur Abbildung einer komafreien Ebene der Fokussierlinse auf den Eingang der Korrektureinheit aufweist.In the WO 99/30342 A1 will describe a correction apparatus for lens aberration correction in charged optical devices having a correction unit provided with at least two hexapoles, between which a first image transfer system is arranged to image a hexapole onto the other hexapole, and wherein the correction device further comprises a second transfer system for imaging a coma-free plane of the focusing lens on the input of the correction unit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorherigen Problem zu lösen und eine Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration zu schaffen, die in einem Elektronenmikroskop verwendet werden kann und es ermöglicht, die Vergrößerung mittels der Korrekturoptik zur Korrektur des sphärischen Aberration zu ändern.It is an object of the present invention to solve the foregoing problems and to provide a spherical aberration correcting means which can be used in an electron microscope and makes it possible to change the magnification by means of the spherical aberration correction optical system.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 2.This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. An expedient embodiment of the invention results from claim 2.
Die Erfindung schafft eine Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration, die in einem Elektronenmikroskop verwendet wird und zwei axialsymmetrische Linsen (das heißt, eine Linse in einer in Strahlrichtung gesehen ersten Stufe mit einer Brennweite f1 und eine Linse in einer in Strahlrichtung gesehen zweiten Stufe mit einer Brennweite f2 unterschiedlich von f1, das heißt f1 ≠ f2) zwischen zwei mehrpoligen Elementen (das heißt, einem mehrpoligen Element in der ersten Stufe und einem mehrpoligen Element in der zweiten Stufe) hat, wobei die Korrektureinrichtung so ausgebildet ist, daß der Abstand zwischen dem mehrpoligen Element der ersten Stufe und der Linse der ersten Stufe auf f1, der Abstand zwischen den beiden axialsymmetrischen Linsen auf f1 + f2, der Abstand zwischen der Linse der zweiten Stufe und dem mehrpoligen Element der zweiten Stufe auf f2, die Erregungsintensität des mehrpoligen Elements der ersten Stufe auf K1 und die Erregungsintensität des mehrpoligen Elements der zweiten Stufe auf K2 eingestellt ist. Die Breiten der mehrpoligen Elemente der ersten und der zweiten Stufe, gemessen längs der optischen Achse, sind Z1 bzw. Z2. Die Korrektureinrichtung zeichnet sich außerdem dadurch aus, daß sie ausgebildet ist, daß die Beziehungen erfüllt werden
wobei The invention provides a correction device for correcting the spherical aberration, which is used in an electron microscope and two axially symmetric lenses (that is, a lens in a first stage seen in the beam direction with a focal length f 1 and a lens in a second stage viewed in the beam direction with a focal length f 2 different from f 1 , that is, f 1 ≠ f 2 ) between two multi-pole elements (that is, a multi-pole element in the first stage and a multi-pole element in the second stage), the correction means being arranged in that the distance between the first-stage multi-pole element and the first-stage lens is f 1 , the distance between the two axially symmetric lenses f 1 + f 2 , the distance between the second-stage lens and the second-stage multi-pole element f 2 , the excitation intensity of the multi-pole element of the first stage to K 1 and the excitation intensity ät of the multi-pole element of the second stage is set to K 2 . The widths of the multipolar elements of the first and second stages, measured along the optical axis, are Z 1 and Z 2, respectively. The correction device is also characterized in that it is designed such that the relationships be fulfilled
in which
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration eine Drehkorrekturlinse zwischen den axialsymmetrischen Linsen, die zwischen den beiden mehrpoligen Elementen angeordnet sind. Die Drehkorrekturlinse ist hierbei in der Brennebene einer Elektronenbahn angeordnet, die zwischen den axialsymmetrischen Linsen verläuft, um die Elektronen in der Ebene senkrecht zur optischen Achse zu drehen.According to a preferred embodiment of the invention, the correction means for correcting the spherical aberration has a rotation correction lens between the axially symmetric lenses, which are arranged between the two multipolar elements. The rotational correction lens is hereby arranged in the focal plane of an electron path which runs between the axisymmetric lenses in order to rotate the electrons in the plane perpendicular to the optical axis.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der 1 bis 6 beispielsweise erläutert, in denen:The invention will be described below with reference to the 1 to 6 For example, in which:
1 ein Strahlendiagramm einer Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration zur Verwendung in einem Elektronenmikroskop, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist; 1 a beam diagram of a spherical aberration correcting means for use in an electron microscope, which is not the subject of the present invention;
2 ein Strahlendiagramm ähnlich 1 einer Ausführungsform zur Korrektur der sphärischen Aberration gemäß der Erfindung zur Verwendung in einem Elektronenmikroskop ist; 2 a ray diagram similar 1 an embodiment for correcting the spherical aberration according to the invention for use in an electron microscope;
3 ein Strahlendiagramm ist, das schematisch das Beleuchtungssystem eines Elektronenmikroskops zur Darstellung der Methode zur Korrektur der sphärischen Aberration gemäß dem Stand der Technik ist; 3 Fig. 12 is a ray diagram schematically showing the illumination system of an electron microscope for illustrating the spherical aberration correction method according to the prior art;
4 ein Diagramm ist, das die Parameter r und θ in einer Aberrationskorrektureinrichtung veranschaulicht; 4 Fig. 12 is a diagram illustrating the parameters r and θ in an aberration correcting means;
5 ein Strahlendiagramm ähnlich dem der 1 und 2 ist, das eine bevorzugte Ausführungsform der Korrektureinrichtung gemäß der Erfindung zeigt; und 5 a ray diagram similar to that of 1 and 2 which shows a preferred embodiment of the correction device according to the invention; and
6 ein schematisches Diagramm ist, das ein Beispiel zeigt, bei dem die Korrektureinrichtung gemäß der Erfindung auf ein Elektronenmikroskop angewandt ist. 6 Fig. 12 is a schematic diagram showing an example in which the correction device according to the invention is applied to an electron microscope.
Bezugnehmend auf 1 wird eine Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration gezeigt, die zur Verwendung in einem Elektronenmikroskop bestimmt ist, jedoch nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet. Gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern in den 1 und 3 versehen. Eine Drehkorrekturlinse 12 ist in der Brennebene einer Elektronenbahn angeordnet, die zwischen den axialsymmetrischen Linsen 10 und 11 verläuft, um eine Drehbeziehung um die elektronische Bahn der mehrpoligen Elemente 8 und 9 zu verhindern.Referring to 1 there is shown a correction device for correcting the spherical aberration, which is intended for use in an electron microscope, but does not form the subject of the present invention. Same components are denoted by the same reference numerals in the 1 and 3 Mistake. A rotary correction lens 12 is located in the focal plane of an electron orbit, between the axisymmetric lenses 10 and 11 passes to a rotational relationship about the electronic path of the multipole elements 8th and 9 to prevent.
Der von der Quelle 1 emittierte Elektronenstrahl 2 verläuft durch die Kondensorlinse 4 mit der Blende 3 und wird parallel zur optischen Achse ausgerichtet. Der Strahl tritt dann in die Korrekturoptik 5' zur Korrektur der sphärischen Aberration ein. Ein Elektronenstrahl, der die Korrekturoptik 5' parallel zur optischen Achse verläßt, wird durch die Objektivlinse 6 auf die Probe 7 gerichtet. In der gleichen Weise wie in 3 haben die Linsen 10 und 11 der Korrekturoptik 5' die gleiche Brennweite f. Der Abstand zwischen dem mehrpoligen Element 8 und der axialsymmetrischen Linse 10 ist auf f eingestellt. Der Abstand zwischen den Linsen 10 und 11 ist auf 2f eingestellt. Der Abstand zwischen der Linse 11 und der mehrpoligen Linse 9 ist auf f eingestellt. Die mehrpoligen Elemente 8 und 9 werden mit der gleichen Größe K erregt. Die Elemente 8 und 9 haben die gleiche Breite Z, gemessen längs der optischen Achse. Die mehrpoligen Elemente 8 und 9 sind so angeordnet, daß keine Drehbeziehung um die optische Achse in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse besteht. Bei der Korrekturoptik 5' ist die Drehkorrekturlinse 12 in der Brennebene der Elektronenbahn angeordnet, die zwischen den axialsymmetrischen Linsen 10 und 11 verläuft, die wiederum zwischen den mehrpoligen Elementen 8 und 9 angeordnet sind, um sechspolige Felder zu bilden. Da die Korrekturlinse 12 in der Brennebene angeordnet ist, verläuft der Elektronenstrahl über die optische Achse. Die Drehkorrekturlinse 12 konvergiert den Elektronenstrahl daher nicht. Die Linse 12 kann jedoch den Elektronenstrahl durch Verwenden einer magnetischen Linse als Drehkorrekturlinse 12 drehen. Auf diese Weise ist die Hauptwirkung der Drehkorrekturlinse 12 auf Elektronen, diese in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse zu drehen, statt sie zu konvergieren. Dabei ist der Drehwinkel proportional zum Strom der magnetischen Linse.The one from the source 1 emitted electron beam 2 passes through the condenser lens 4 with the aperture 3 and is aligned parallel to the optical axis. The beam then enters the correction optics 5 ' for correction of spherical aberration. An electron beam, the correction optics 5 ' leaves parallel to the optical axis is through the objective lens 6 to the test 7 directed. In the same way as in 3 have the lenses 10 and 11 the correction optics 5 ' the same focal length f. The distance between the multipolar element 8th and the axisymmetric lens 10 is set to f. The distance between the lenses 10 and 11 is on 2f set. The distance between the lens 11 and the multipolar lens 9 is set to f. The multipolar elements 8th and 9 are excited with the same size K. The Elements 8th and 9 have the same width Z, measured along the optical axis. The multipolar elements 8th and 9 are arranged so that there is no rotational relationship about the optical axis in a plane perpendicular to the optical axis. In the correction optics 5 ' is the rotary correction lens 12 arranged in the focal plane of the electron path, which is between the axisymmetric lenses 10 and 11 runs, in turn, between the multipolar elements 8th and 9 are arranged to form six-pole fields. Because the correction lens 12 is arranged in the focal plane, the electron beam passes over the optical axis. The rotary correction lens 12 Therefore, the electron beam does not converge. The Lens 12 however, can use the electron beam as a rotation correction lens by using a magnetic lens 12 rotate. In this way, the main effect of the rotary correction lens 12 to turn electrons in a plane perpendicular to the optical axis instead of converging them. The angle of rotation is proportional to the current of the magnetic lens.
Wenn daher die mehrpoligen Elemente 8 und 9 winkelmäßig etwas von der Elektronenbahn in Folge von Herstellungs- und Montagetoleranzen abweichen, kann die hervorgerufene Drehbeziehung durch Änderung des Stroms der Drehkorrekturlinse 12 anstatt durch Steuerung der Phasenwinkel der mehrpoligen Elemente wie beim Stand der Technik korrigiert werden. Daher kann die Erzeugung von nachteiligen Aberrationen höherer Ordnung, die bei der Phasensteuerung der mehrpoligen Elemente auftritt, verhindert werden.Therefore, if the multipolar elements 8th and 9 angularly deviate slightly from the electron orbit due to manufacturing and assembly tolerances, the resulting rotational relationship may be changed by changing the current of the rotational correction lens 12 instead of being corrected by controlling the phase angles of the multi-pole elements as in the prior art. Therefore, the generation of disadvantageous higher-order aberrations that occurs in the phase control of the multi-pole elements can be prevented.
2 ist ein Diagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration. Gleiche Komponenten sind in den 1, 2 und 3 wiederum mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Die Aberrationskorrekturoptik 5'' hat zwei axialsymmetrische Linsen 10' und 11' mit Brennweiten f1 bzw. f2. Der Abstand zwischen einem mehrpoligen Element 8' und der axialsymmetrischen Linse 10' ist auf f1 eingestellt. Der Abstand zwischen den beiden axialysmmetrischen Linsen 10' und 11' ist auf f1 + f2 eingestellt. Der Abstand zwischen der axialsymmetrischen Linse 11' und dem mehrpoligen Element 9' ist auf f2 eingestellt. Die Erregungsintensität des mehrpoligen Elements 8' ist auf K, eingestellt. Die Erregungsintensität des mehrpoligen Elements 9' ist auf K2 eingestellt. Die Breiten (die längs der optischen Achse gemessenen Abmessungen) der mehrpoligen Elemente 8' und 9' sind auf Z1 bzw. Z2 eingestellt. Die mehrpoligen Elemente werden so betrieben, daß sie wie beim Stand der Technik sechspolige Felder erzeugen. Die analytische Berechnung zeigt, daß die Neigung R der Elektronenbahn, wenn die Elektronen die Korrekturoptik 5'' verlassen, die durch den Durchgang durch die Korrekturoptik 5'' hervorgerufen wird, gegeben ist durch: in der r der Abstand der Elektronenbahn von der optischen Achse ist, wobei die Bahn parallel zur optischen Achse verläuft. 2 FIG. 12 is a diagram of an embodiment of the spherical aberration correcting device according to the present invention. Same components are in the 1 . 2 and 3 again provided with the same reference numerals. The aberration correction optics 5 '' has two axisymmetric lenses 10 ' and 11 ' with focal lengths f 1 and f 2, respectively. The distance between a multipolar element 8th' and the axisymmetric lens 10 ' is set to f 1 . The distance between the two axial-symmetric lenses 10 ' and 11 ' is set to f 1 + f 2 . The distance between the axisymmetric lens 11 ' and the multipolar element 9 ' is set to f 2 . The excitation intensity of the multipolar element 8th' is set to K. The excitation intensity of the multipolar element 9 ' is set to K 2 . The widths (the dimensions measured along the optical axis) of the multipole elements 8th' and 9 ' are set to Z 1 or Z 2 . The multipole elements are operated to produce six-pole fields as in the prior art. The analytical calculation shows that the inclination R of the electron orbit, when the electron the correction optics 5 '' Leave that through the passage through the correction optics 5 '' is caused by: where r is the distance of the electron path from the optical axis, the path being parallel to the optical axis.
4 zeigt den Abstand r und den Winkel θ, wenn sechspolige Elemente als mehrpolige Elemente verwendet werden. Diese Figur ist ein Querschnitt durch das mehrpolige Element 8' senkrecht zur optischen Achse O. Die Elektronen treten in das mehrpolige Element 8' an der Stelle A ein. Die durch g angegebene Richtung bildet eine Bezugslinie, wenn eine Drehung um die optische Achse berücksichtigt wird. Der Abstand von der optischen Achse O ist durch r angegeben. Der Winkel der Bezugsrichtung g ist durch θ angegeben und zeigt die Richtung der Position A, wenn Elektronen in das mehrpolige Element 8' eintreten. 4 shows the distance r and the angle θ when six-pole elements are used as multi-pole elements. This figure is a cross section through the multipole element 8th' perpendicular to the optical axis O. The electrons enter the multipolar element 8th' at the point A. The direction indicated by g forms a reference line when considering rotation about the optical axis. The distance from the optical axis O is indicated by r. The angle of the reference direction g is indicated by θ and shows the direction of the position A when electrons enter the multipolar element 8th' enter.
Der erste Term der Gleichung 1 oben gibt die Aberration zweiter Ordnung bei Dreifachsymmetrie an. Dieser Term sollte Null sein, um eine sehr feine Elektronensonde zu erzeugen. Der zweite Term von Gleichung 1 gibt die Aberration –δ der dritten Ordnung mit durch die Korrekturoptik 5'' erzeugter axialer Symmetrie an. Diese Aberration –δ wird dazu verwendet, die sphärische Aberration δ des Beleuchtungssystems des Elektronenmikroskops zu beseitigen. Der dritte Term der Gleichung 1 gibt die Aberration dritter Ordnung mit einem (cos3Θ)2-Anteil wieder. Dieser Term sollte zu Null gemacht werden, um einen sehr feinen Elektronentrahl zu erzeugen. Die Bedingungen zur Korrektur der sphärischen Aberration sind daher gegeben durch wobei δ die Änderung (proportional r3) der Neigung der Bahn infolge der sphärischen Aberration ist. K1 und K2, die die Intensitäten der sechspoligen Felder angeben, sind dem Strom proportional, der durch die mehrpoligen Elemente fließt. Es wird nun angenommen, daß die Gleichungen 2 und 4 werden dann jeweils in die Formen abgewandelt: The first term of Equation 1 above gives the second order aberration in triple symmetry. This term should be zero to produce a very fine electron probe. The second term of Equation 1 gives the aberration -δ of the third order with the correction optics 5 '' generated axial symmetry. This aberration -δ is used to eliminate the spherical aberration δ of the illumination system of the electron microscope. The third term of Equation 1 represents the third order aberration with a (cos3Θ) 2 component. This term should be zeroed to produce a very fine electron beam. The conditions for correcting the spherical aberration are therefore given by where δ is the change (proportional to r 3 ) in the inclination of the web due to the spherical aberration. K 1 and K 2 , which indicate the intensities of the six-pole fields, are proportional to the current flowing through the multipole elements. It is now assumed that Equations 2 and 4 are then modified into the following forms:
Bei der üblichen Korrektureinrichtung werden die Beziehungen f1 = f2, Z2 = Z1 und K1 = K2 eingehalten, vorausgesetzt, daß a = 1. In den Gleichungen 4 und 2 ist daher selbstverständlich ein Wert 0 angenommen. Die Korrektureinrichtung korrigiert die sphärische Aberration mittels K1 (= K2), bestimmt durch Gleichung 3.In the usual correction device, the relationships f 1 = f 2 , Z 2 = Z 1 and K 1 = K 2 are met, provided that a = 1. In the equations 4 and 2, therefore, a value of 0 is of course assumed. The correction means corrects the spherical aberration by means of K 1 (= K 2 ) determined by Equation 3.
Dagegen sind die Brennweiten f1 und f2 der axialsymmetrischen Linsen 10' und bzw. 11' auf unterschiedliche Werte eingestellt. Das Erfordernis der Gleichung 4 für diese unterschiedlichen Werte bestimmt zwangsläufig die Beziehung zwischen den Breiten Z1 und Z2. Die Beziehung zwischen den Erregungsintensitäten K1 und K2 wird zwangsläufig durch die Beziehung zwischen den Brennweiten f1 und f2, der Beziehung zwischen den Breiten Z1 und Z2 und der durch die Gleichung 2 gegebenen Beziehung bestimmt. Schließlich bestimmt das Erfordernis der Gleichung 3 die Werte der Breiten Z1 und Z2. Somit wird die sphärische Aberration korrigiert. Das Verhältnis zwischen den Brennweiten f1 und f2 kann beliebig eingestellt werden. Folglich kann die Vergrößerung der Elektronenbahn durch das Korrektursystem geändert werden. Wenn das Bild bei unendlich fokussiert wird, kann die Funktion einer Linse mit der Vergrößerung 1/α auf die Korrekturoptik übertragen werden.In contrast, the focal lengths f 1 and f 2 of the axisymmetric lenses 10 ' and or 11 ' set to different values. The requirement of equation 4 for these different values inevitably determines the relationship between the widths Z 1 and Z 2 . The relationship between the excitation intensities K 1 and K 2 is necessarily determined by the relationship between the focal lengths f 1 and f 2 , the relationship between the widths Z 1 and Z 2, and the relationship given by Equation 2. After all the requirement of equation 3 determines the values of widths Z 1 and Z 2 . Thus, the spherical aberration is corrected. The ratio between the focal lengths f 1 and f 2 can be set arbitrarily. Consequently, the magnification of the electron orbit can be changed by the correction system. If the image is focused at infinity, the function of a lens with the magnification 1 / α can be transferred to the correction optics.
Offensichtlich kann die Drehkorrekturlinse 12 gemäß der in Bezug auf 1 beschriebenen Ausführungsform auf den Fall der erfindungsgemäßen Ausführungsform angewandt werden. Wie 5 zeigt, kann, wenn die mehrpoligen Elemente 8' und 9' relativ zur Elektronenbahn gedreht werden, die Beziehung durch Anordnen der Drehkorrekturlinse 12 in der Brennebene der Elektronenbahn korrigiert werden, die zwischen den axialsymmetrischen Linsen 10' und 11' verläuft.Obviously, the rotary correction lens 12 according to in relation to 1 described embodiment are applied to the case of the embodiment according to the invention. As 5 shows, if the multipolar elements 8th' and 9 ' relative to the electron orbit, the relationship by arranging the rotational correction lens 12 be corrected in the focal plane of the electron path, which is between the axisymmetric lenses 10 ' and 11 ' runs.
Bei der obigen Ausführungsform wurde die Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration zur Verwendung mit einem Beleuchtungssystem eines Elektronenmikroskop in Verbindung mit den 1 bis 3 und 5 beschrieben, wobei eine Quelle 1, Kondensorlinsen 4, eine Objektivlinse 6 und eine Probe 7 gezeigt sind. Diese Korrektureinrichtung kann effektiv als Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration für das Abbildungssystem des Elektronenmikroskops verwendet werden. Insbesondere wieder bezugnehmend auf die 1 bis 3 und 5 kann die Korrektureinrichtung in ähnlicher Weise verwendet werden, wenn die folgenden Bedingungen eingestellt werden: durch 1 ist eine Probe angegeben, durch 4 eine Objektivlinse des Abbildungssystems, durch 6 die erste Zwischenlinse des Abbildungssystems, und durch 7 eine Abbildungsebene, die von der ersten Zwischenlinse 6 erzeugt wird. Ein Beispiel der Anwendung der Korrektureinrichtung auf ein Elektronenmikroskop wird nachstehend anhand der 6 beschrieben.In the above embodiment, the spherical aberration correcting means for use with an illumination system of an electron microscope has been described in connection with FIGS 1 to 3 and 5 described, with a source 1 , Condenser lenses 4 , an objective lens 6 and a sample 7 are shown. This correction means can be effectively used as a correction means for correcting the spherical aberration for the imaging system of the electron microscope. In particular, referring again to the 1 to 3 and 5 For example, the correction means can be similarly used when the following conditions are set: by 1 is a sample indicated by 4 an objective lens of the imaging system, through 6 the first intermediate lens of the imaging system, and through 7 an image plane taken from the first intermediate lens 6 is produced. An example of the application of the correction device to an electron microscope will be described below with reference to FIGS 6 described.
6 zeigt den Fall, bei dem die Korrektureinrichtung in einem Elektronenmikroskop verwendet ist, das eine Elektronenkanone 21 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls mit einer Sollenergie erzeugt. Ein System aus Kondensorlinsen 22 ist aus mehreren Linsen zum Fokussieren des Elektronenstrahls gebildet. Ein Ablenkelement 23 lenkt und tastet den Elektronenstrahl in zwei Dimensionen ab. Ein Objektivlinse 24 richtet den Elektronenstrahl auf eine Probe 25. Diese elektronenoptischen Elemente 21 bis 24 bilden ein elektronenoptisches System, das auch als das Beleuchtungssystem bezeichnet wird. 6 shows the case where the correction means is used in an electron microscope which is an electron gun 21 generates an electron beam with a target energy. A system of condenser lenses 22 is formed of a plurality of lenses for focusing the electron beam. A deflecting element 23 directs and scans the electron beam in two dimensions. An objective lens 24 directs the electron beam at a sample 25 , These electron-optical elements 21 to 24 form an electron-optical system, which is also referred to as the lighting system.
Bei diesem Beleuchtungssystem gibt es mehrere Methoden, den Elektronenstrahl auf die Probe 25 zu richten. Bei der ersten Methode wird der Strahl auf einer Sollposition auf der Probe 25 scharf fokussiert und darauf gerichtet. Bei einer zweiten Methode wird der Strahl auf einen Sollbereich auf der Probe 25 in zwei Dimensionen scharf fokussiert und tastet diesen ab. Bei einer dritten Methode wird der Elektronenstrahl weder scharf fokussiert, noch tastet er ab. Ein gleichmäßiger Elektronenstrahl mit der gleiche Größe wie der Sollbereich auf der Probe 25 wird auf den Sollbereich gerichtet.In this lighting system, there are several methods, the electron beam on the sample 25 to judge. In the first method, the beam is at a target position on the sample 25 sharply focused and focused on it. In a second method, the beam is at a target range on the sample 25 Sharp focused in two dimensions and scans it off. In a third method, the electron beam is neither focused sharply nor scanned. A uniform electron beam of the same size as the target area on the sample 25 is directed to the target area.
Bezugnehmend weiterhin auf 2 richtet die Objektivlinse 26 den Elektronenstrahl auf die Probe 25 zum Beispiel dann, wenn die oben beschriebene dritte Methode angewandt wird. Die Objektivlinse 26 vergrößert ein übertragenes Elektronenbild bzw. einen TEM-Bild des durch die Probe 25 übertragenen Strahls. Ein System aus Zwischenlinsen 27 besteht aus mehreren Linsen zur weiteren Vergrößerung des TEM-Bildes, das durch die Objektivlinse 26 vergrößert wird. Eine Projektorlinse 28 projiziert das vergrößerte TEM-Bild auf einen Fluorescentsschirm 29. Ein elektronenoptisches System aus den Komponenten 26 bis 29 wird hier als das Abbildungssystem bezeichnet. Die Elektronenkanone 21 und die folgenden Komponenten sind alle in einer Vakuumumgebung angeordnet. Bei der obigen Beschreibung sind zur Erläuterung zwei Objektivlinsen 24 und 26 vorhanden. Üblicherweise kann eine einzelne Linse als die Objektivlinse 24 und auch als die Objektivlinse 26 agieren.Referring still to 2 straightens the objective lens 26 the electron beam on the sample 25 For example, when the third method described above is used. The objective lens 26 magnifies a transmitted electron image or a TEM image of the through the sample 25 transmitted beam. A system of intermediate lenses 27 consists of several lenses to further magnify the TEM image passing through the objective lens 26 is enlarged. A projector lens 28 projects the magnified TEM image onto a fluorescence screen 29 , An electron-optical system of the components 26 to 29 is referred to here as the imaging system. The electron gun 21 and the following components are all arranged in a vacuum environment. In the above description, for explanation, there are two objective lenses 24 and 26 available. Typically, a single lens may be used as the objective lens 24 and also as the objective lens 26 act.
Bei dem bezugnehmend auf 6 kann die Korrektureinrichtung 30 in Form der Korrektureinrichtungen 5', 5'' und 5''' auf das Beleuchtungssystem angewandt werden. Eine Korrektureinrichtung 40 zur Korrektur der sphärischen Aberration in Form einer der Korrektureinrichtungen 5', 5'' und 5''' kann auf das Abbildungssystem angewandt werden. Die Korrektureinrichtung 30 korrigiert die Aberration des fokussierten Elektronenstrahls durch die erste und zweite Beleuchtungsmethode des Beleuchtungssystems. Dadurch wird eine feinere Elektronensonde erhalten. Die Korrektureinrichtung 40 korrigiert die Aberration der Objektivlinse 26 des Abbildungssystems durch die dritte Methode für das Beleuchtungssystem, so daß eine vergrößerte Abbildung mit einer höheren Auflösung erhalten wird.Referring to FIG 6 can the correction device 30 in the form of correction devices 5 ' . 5 '' and 5 ''' be applied to the lighting system. A correction device 40 for correcting the spherical aberration in the form of one of the correction means 5 ' . 5 '' and 5 ''' can be applied to the imaging system. The correction device 30 corrects the aberration of the focused electron beam by the first and second illumination methods of the illumination system. This will give a finer electron probe. The correction device 40 corrects the aberration of the objective lens 26 of the imaging system by the third method for the illumination system, so that an enlarged image with a higher resolution is obtained.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, können insbesondere in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die folgenden Vorteile erzielt werden:
- 1. Die Drehbeziehung in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse zwischen den beiden mehrpoligen Elementen, die eine Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration bilden, kann ohne Änderung der Phasenwinkel der mehrpoligen Elemente korrigiert werden. Daher können Aberrationen höherer Ordnung, die normalerweise durch Änderungen der Phase der mehrpoligen Elemente hervorgerufen werden, verhindert werden.
As is apparent from the above description, particularly in the preferred embodiment of the invention, the following advantages can be obtained: - 1. The rotational relationship in a plane perpendicular to the optical axis between the two multi-pole elements constituting a correction means for correcting the spherical aberration can be corrected without changing the phase angles of the multi-pole elements. Therefore, higher-order aberrations, which are usually caused by changes in the phase of the multi-pole elements, can be prevented.
Außerdem können bei Anwendung der Erfindung auf das Beleuchtungssystem eines Elektronenmikroskops die folgenden Vorteile erzielt werden:
- 2. Da die sphärische Aberration des Beleuchtungssystems korrigiert werden kann, kann eine sehr feine Elektronensonde erhalten werden. Dies ermöglicht eine charakteristische Röntgenstrahlanalyse eines Mikroskopbereichs. Auch wird eine Abbildung mit hoher Auflösung zum Abtasten von Abbildungen wie Sekundärelektronenabbildungen und Abtasten übertragener Elektronenabbildungen ermöglicht.
- 3. Die Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration kann auch eine bestimmte inhärente Rolle im Beleuchtungssystem bilden, das als ein mehrstufiges Verkleinerungssystem aufgebaut ist.
In addition, by applying the invention to the illumination system of an electron microscope, the following advantages can be obtained: - 2. Since the spherical aberration of the illumination system can be corrected, a very fine electron probe can be obtained. This allows a characteristic X-ray analysis of a microscope area. Also, high resolution imaging is enabled for scanning images such as secondary electron images and scanning transmitted electron images.
- 3. The spherical aberration correcting means may also form a certain inherent role in the lighting system constructed as a multi-stage reduction system.
Wenn die Erfindung auf das Abbildungssystem eines Elektronenmikroskops angewandt wird, können die folgenden Vorteile erzielt werden:
- 4. Die sphärische Aberration des Abbildungssystems kann korrigiert werden, und eine TEM-Abbildung mit hoher Auflösung wird ermöglicht.
- 5. Einige inhärente Möglichkeiten des als mehrstufiges Vergrößerungssystem ausgebildeten Abbildungssystems können auf die Korrektureinrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration übertragen werden.
When the invention is applied to the imaging system of an electron microscope, the following advantages can be obtained: - 4. The spherical aberration of the imaging system can be corrected and high resolution TEM imaging is enabled.
- 5. Some inherent capabilities of the multi-level magnification imaging system may be transferred to the spherical aberration correcting device.
