DE112014006444B4

DE112014006444B4 - Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung und Verfahren zum Korrigieren der sphärischen Aberration

Info

Publication number: DE112014006444B4
Application number: DE112014006444.0T
Authority: DE
Inventors: Yoichi Hirayama; Hirokazu Tamaki
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2034-04-05
Also published as: JP6163255B2; WO2015151271A1; CN106104746A; US20170117115A1; US9715991B2; JPWO2015151271A1; DE112014006444T5; CN106104746B

Abstract

Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes umfasst:eine Quelle für einen Strahl geladener Teilchen,ein mit geladenen Teilchen arbeitendes optisches System, das eine Probe mit Strahlen geladener Teilchen bestrahlt, die aus von der Quelle geladener Teilchen abgegebenen geladenen Teilchen gebildet sind,eine Objektivlinse, welche die Strahlen geladener Teilchen fokussiert,einen Korrektor für die sphärische Aberration, der einen magnetisch gesättigten Zustand in mehreren Aberrationskorrekturbedingungen durch selektives Magnetisieren mehrerer Sätze von Polgruppen einer Multipollinse entsprechend einer Änderung des Magnetisierungsstroms der Objektivlinse erfüllt, undeine Steuereinheit, die das mit geladenen Teilchen arbeitende optische System und den Korrektor für die sphärische Aberration steuert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung mit einer Vorrichtung zum Korrigieren der sphärischen Aberration und ein Verfahren zum Korrigieren der sphärischen Aberration.
Technischer Hintergrund
In den letzten Jahren kann eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung in der Art eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) oder eines Rastertransmissionselektronenmikroskops (STEM) eine Vorrichtung zur Korrektur der sphärischen Aberration (nachstehend auch als „Aberrationskorrektor“ bezeichnet) aufweisen. Der Aberrationskorrektor wird verwendet, um die sphärische Aberration (Cs) einer Objektivlinse zu korrigieren, die ein Hauptfaktor ist, der das Auflösungsvermögen eines TEM oder STEM begrenzt. Es ist ein Aberrationskorrektor bekannt, der zwei Multipollinsen, die Hexapolfelder erzeugen, und zwei rotationssymmetrische Linsen (Übertragungslinsen), die dazwischen angeordnet sind, aufweist (siehe beispielsweise PTL 1).
Der Aberrationskorrektor korrigiert eine positive Cs einer Objektivlinse durch Erzeugen einer negativen Cs. Eine zusätzliche Aberration, die als parasitäre Aberration bezeichnet wird, tritt jedoch infolge einer Unvollkommenheit des Aberrationskorrektors auf, d. h. des Positionsversatzes eines einzelnen Pols einer Multipollinse, einer Änderung der magnetischen Eigenschaften eines Polmaterials oder dergleichen. Auftretende parasitäre Aberrationen dritter oder niedrigerer Ordnung sind ein zweifach symmetrischer Astigmatismus erster Ordnung (A1), eine einfach symmetrische Komaaberration zweiter Ordnung (B2), ein dreifach symmetrischer Astigmatismus zweiter Ordnung (A2), eine zweifach symmetrische Sternaberration dritter Ordnung (S3) und ein vierfach symmetrischer Astigmatismus dritter Ordnung (A3). Zusätzlich zur Korrektur der sphärischen Aberration Cs ist die Korrektur dieser parasitären Aberrationen für die Einstellung des Aberrationskorrektors wesentlich.
Weitere mit der Erfindung in Verbindung stehende Aberrationskorrekturvorrichtungen sind in den Druckschriften US 2006/0 219 935 A , US 2009/0 039 281 A1 und EP 2 674 959 A1 offenbart.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2002 / 510 431 A
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Typischerweise wird die sphärische Aberration Cs durch Einstellen des Magnetisierungsstroms der Multipollinse und demgemäß durch Ändern des Hexapolfelds korrigiert. Der Magnetisierungsstrom der Multipollinse, der erforderlich ist, um die sphärische Aberration (Cs) zu korrigieren, wird durch die Brennweite der Objektivlinse und die sphärische Aberration Cs bestimmt. Falls der Magnetisierungsstrom der Objektivlinse konstant ist, sind die Brennweite der Objektivlinse und die sphärische Aberration Cs konstant, so dass auch der Magnetisierungsstrom der Multipollinse konstant wird.
Die Unvollkommenheit der Multipollinse hat eine Komponente, welche Elektronenstrahlen ablenkt. Falls beispielsweise der die Multipollinse magnetisierende Strom etwas geändert wird, wird eine ablenkende Komponente auf Elektronenstrahlen ausgeübt, so dass die Elektronenstrahlen bewegt werden. Dadurch konvergiert der Brennpunkt der Elektronenstrahlen scheinbar nicht an einem Punkt, und das Auflösungsvermögen nimmt ab. Die durch die Unvollkommenheit der Multipollinse erzeugte ablenkende Komponente ist von der Beziehung zwischen dem Strom und dem Magnetfeld abhängig.
Falls ein Strom durch ein magnetisches Material einer Spule fließt, nimmt ein Magnetfeld typischerweise proportional zum Strom zu. Weil das magnetische Material von einem gegebenen Stromwert magnetisch gesättigt wird, bleibt das Magnetfeld selbst dann gesättigt und nimmt nicht zu, wenn ein Strom, der höher als der Stromwert ist, durch das magnetische Material fließt. In einem Zustand, in dem das magnetische Material an sich magnetisch gesättigt ist, nimmt der Betrag der Änderung des Magnetfelds in Bezug auf den Strom ab. Das heißt, dass in einem Zustand, in dem die Multipollinse magnetisch gesättigt ist, die ablenkende Komponente, die infolge einer geringen Änderung des Magnetisierungsstroms auftritt, kleiner ist als jene in einem Zustand, in dem die Multipollinse nicht magnetisch gesättigt ist. Auf diese Weise wird zum Verhindern des Auftretens einer Verringerung des Auflösungsvermögens, welche durch die ablenkende Komponente der Multipollinse hervorgerufen wird, die Multipollinse wünschenswerterweise in einem Zustand verwendet, in dem die Pole magnetisch gesättigt sind.
Falls dagegen der Magnetisierungsstrom der Objektivlinse erheblich geändert wird, beispielsweise falls eine Beschleunigungsspannung in derselben Vorrichtung geändert wird, werden die Brennweite der Objektivlinse und die sphärische Aberration Cs erheblich geändert. Es ist erforderlich, das Hexapolfeld der Multipollinse erheblich zu ändern, um die sphärische Aberration Cs zu korrigieren, weil die Pole jedoch magnetisch gesättigt sind, selbst wenn der Magnetisierungsstrom der Multipollinse erhöht wird, nimmt das erzeugte Hexapolfeld nicht zu. Falls der Magnetisierungsstrom der Multipollinse abnimmt, kann ein gewünschtes Hexapolfeld erhalten werden. Weil die Multipollinse dagegen nicht in einem magnetisch gesättigten Zustand ist, nimmt das Auflösungsvermögen infolge einer Wirkung (der Betrag einer ablenkenden Komponente wird selbst durch eine leichte Änderung des Magnetisierungsstroms erheblich geändert, so dass Elektronenstrahlen erheblich bewegt werden) einer durch die Unvollkommenheit der Multipollinse erzeugten ablenkenden Komponente ab. Das heißt, dass im Stand der Technik der Aberrationskorrektor nur unter einer Bedingung für den Magnetisierungsstrom der Multipollinse für die Korrektur der sphärischen Aberration (Cs) in der Lage ist, einen magnetisch gesättigten Zustand zu erfüllen.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Aberrationskorrektor mit mehreren Bedingungen für den Magnetisierungsstrom einer Multipollinse vor, der erforderlich ist, um die sphärische Aberration (Cs) in einem magnetisch gesättigten Zustand zu korrigieren, so dass selbst dann, wenn der Magnetisierungsstrom einer Objektivlinse erheblich geändert wird, eine Aberration korrigiert werden kann, was im Stand der Technik eine schwierige Aufgabe ist.
Lösung des Problems
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung einen Korrektor für die sphärische Aberration vor, der einen magnetisch gesättigten Zustand unter mehreren Aberrationskorrekturbedingungen durch selektives Magnetisieren mehrerer Sätze von Polgruppen einer Multipollinse entsprechend einer Änderung des Magnetisierungsstroms einer Objektivlinse erfüllt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Zustand, in dem Pole magnetisch gesättigt sind, ein Korrektor für die sphärische Aberration mit mehreren Cs-Korrekturbedingungen bereitgestellt werden, wobei es selbst dann, wenn der Magnetisierungsstrom einer Objektivlinse erheblich geändert wird, möglich ist, eine Cs zu korrigieren. Aufgaben, Konfigurationen und Wirkungen, die von den vorstehend erwähnten verschieden sind, werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform verständlich werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Ansicht eines Beispiels der Konfiguration einer Multipollinse (12-Pol-Linse), die in Beispiel 1 verwendet wird,
2 eine Ansicht der Form eines einzelnen Pols der 12-Pol-Linse,
3 eine Graphik einer Beziehung zwischen der Form des Pols der 12-Pol-Linse und der Hexapolfeldstärke,
4 eine Graphik einer Beziehung zwischen der Polgruppe der 12-Pol-Linse und der Hexapolfeldstärke und
5 ein Diagramm eines Beispiels der Konfiguration einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung aus dem Beispiel.

Beschreibung von Ausführungsformen
[Beispiel 1]
Nachstehend wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben. Das nachstehende Beispiel soll die vorliegende Erfindung lediglich beschreiben und das technische Gebiet der vorliegenden Erfindung nicht einschränken. In der Zeichnung sind die gleichen Bezugszahlen gemeinsamen Konfigurationselementen zugewiesen. Beim Beispiel wird ein STEM beispielhaft als eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung angenommen, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf das STEM beschränkt ist und beispielsweise auf ein TEM angewendet werden kann.
1 ist eine schematische Ansicht einer beim Beispiel verwendeten Multipollinse. 1 zeigt die Konfiguration einer 12-Pol-Linse mit 12 Polen. Die vorliegende Erfindung kann auf eine Multipollinse angewendet werden, die 12 oder mehr Pole aufweist (die Anzahl der Pole ist durch ein Vielfaches von sechs gegeben).
Im Interesse der Zweckmäßigkeit bezieht sich die folgende Beschreibung auf einen Zustand, in dem 12 Pole in Folgendes zerlegt sind: (1) eine Polgruppe 1 mit sechs Polen 1a bis 1f, die punktsymmetrisch in Bezug auf eine optische Achse angeordnet sind, und (2) eine Polgruppe 2 mit anderen sechs Polen 2a bis 2f, die in der gleichen Weise punktsymmetrisch angeordnet sind. Im in 1 dargestellten Fall sind die Pole 2a bis 2f der Polgruppe 2 jeweils zwischen den Polen 1a bis 1f der Polgruppe 1 angeordnet.
Die sechs Pole 1a bis 1f der Polgruppe 1 haben die gleiche Form, und die sechs Pole 2a bis 2f der Polgruppe 2 haben auch die gleiche Form. Die Form der Pole 1a bis 1f der Polgruppe 1 kann die gleiche sein wie jene der Pole 2a bis 2f der Polgruppe 2 oder davon verschieden sein.
Um die sphärische Aberration Cs zu korrigieren, wird ein Hexapolfeld durch Magnetisieren von sechs oder 12 Polen über Spulen 3 erzeugt. Ein Hexapolfeld wird durch Magnetisieren der Pole 1a, 1c und 1e auf dieselbe Polarität (beispielsweise plus) und Magnetisieren der Pole 1b, 1d und 1f auf die entgegengesetzte Polarität (beispielsweise minus) erzeugt. Ähnlich wird ein Hexapolfeld durch Magnetisieren der Pole 2a, 2c und 2e auf dieselbe Polarität und Magnetisieren der Pole 2b, 2d und 2f auf die entgegengesetzte Polarität erzeugt. Ein Hexapolfeld kann durch Kombinieren der beiden Hexapolfelder miteinander erzeugt werden. Demgemäß gibt es drei Typen von Verfahren zum Erzeugen eines Hexapolfelds in der in 1 dargestellten Multipollinse. Ein optimales Hexapolfeld kann unter Verwendung dreier Typen von Beschleunigungsspannungen bereitgestellt werden. Zusätzlich können zwei Typen von Hexapolfeldern durch Magnetisieren nur einer von einer ersten Polgruppe und einer zweiten Polgruppe oder durch Magnetisieren der ersten Polgruppe und einer zweiten Polgruppe unter Einschluss aller 12 Pole (der ersten Polgruppe + der zweiten Polgruppe) bereitgestellt werden.
Die Stärke eines Hexapolfelds, das die sphärische Aberration Cs korrigiert, wird durch Ändern der Magnetisierung der Spulen 3 eingestellt, wie in 1 dargestellt ist. Die Magnetisierung der Spulen 3 ist im Wesentlichen proportional zur Stärke des Hexapolfelds. Infolge der magnetischen Sättigung der Pole wird die Stärke des Hexapolfelds bei einer gegebenen Magnetisierung oder darüber gesättigt. Die Magnetisierung der Spulen 3, die Stärke des Hexapolfelds und ein Magnetisierungswert, der die magnetische Sättigung angibt, können durch das Polmaterial, die Polform oder dergleichen gesteuert werden.
2 zeigt ein Beispiel der Form des innerhalb der 12-Pol-Linse verwendeten Pols. Die Stärke des Hexapolfelds oder die Magnetisierung, welche die magnetische Sättigung angibt, kann durch Ändern der Poldicke T und der Größe des Durchmessers R einer eine Spule aufnehmenden Achse gesteuert werden. Auch kann die Stärke des Hexapolfelds durch Ändern des in 1 dargestellten Polspitzendurchmessers D gesteuert werden.
3 zeigt Ergebnisse der Berechnung einer Beziehung zwischen der Magnetisierung der 12-Pol-Linse und der Stärke des Hexapolfelds in einem Fall, in dem die Polform geändert ist. Eine durchgezogene Linie in 3 zeigt einen Fall, in dem der Pol eine Referenzform hat. Eine unterbrochene Linie zeigt einen Fall, in dem die Poldicke T verringert ist. Eine gepunktete Linie zeigt einen Fall, in dem der Durchmesser R der die Spule 3 aufnehmenden Achse. Eine lange Kettenlinie zeigt einen Fall, in dem der Polspitzendurchmesser D verringert ist. Wie in 2 dargestellt ist, nimmt die Stärke des Hexapolfelds selbst dann, wenn die Polform geändert wird, im Wesentlichen proportional zum Betrag der Magnetisierung zu und wird das Hexapolfeld an der Grenze eines gegebenen Magnetisierungswerts gesättigt.
Falls die Poldicke T abnimmt (unterbrochene Linie), nimmt die Neigung der Stärke des Hexapolfelds in Bezug auf die Magnetisierung ab und ist die Magnetisierung, welche den Beginn der Sättigung angibt, im Wesentlichen die gleiche. Falls der Durchmesser R der Achse, welche die Spule 3 aufnimmt, verringert wird (gepunktete Linie), wird die Neigung der Stärke des Hexapolfelds in Bezug auf die Magnetisierung nicht geändert und nimmt die Magnetisierung, welche den Beginn der Sättigung angibt, ab. Falls der Polspitzendurchmesser D verringert wird (die lange Kettenlinie), nimmt die Neigung der Stärke des Hexapolfelds in Bezug auf die Magnetisierung zu und ist die Magnetisierung, die den Beginn der Sättigung angibt, im Wesentlichen die gleiche. Auf diese Weise kann die Stärke des Hexapolfelds durch Ändern der Polform gesteuert werden.
Die Stärke des Hexapolfelds, das für das Korrigieren der sphärischen Aberration Cs erforderlich ist, ist durch die Brennweite einer Objektivlinse und die sphärische Aberration Cs bestimmt. Die Brennweite der Objektivlinse und die sphärische Aberration Cs sind durch den Magnetisierungsstrom der Objektivlinse bestimmt. Typischerweise ist die Stärke des für das Korrigieren der sphärischen Aberration (Cs) erforderlichen Hexapolfelds auch im Wesentlichen konstant, weil ein TEM oder ein STEM mit im Wesentlichen konstantem Magnetisierungsstrom der Objektivlinse verwendet wird. Falls beispielsweise die Stärke des für das Korrigieren der sphärischen Aberration (Cs) erforderlichen Hexapolfelds (A) ist, wie in 3 dargestellt ist, wird die Bedingung bei einem magnetisch gesättigten Abschnitt der die Referenzform zeigenden Linie erfüllt, und die Bedingung wird an einem linearen Abschnitt der Linie erfüllt, die eine Form zeigt, bei der der Polspitzendurchmesser D klein ist.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ändert sich die Stärke des Hexapolfelds erheblich bei einer kleinen Änderung durch die Spulen 3 fließenden Stroms, falls am linearen Abschnitt der Linie eine Bedingung für die Stärke des Hexapolfelds, das erforderlich ist, um die sphärische Aberration (Cs) zu korrigieren, erfüllt ist. Weil infolge einer unvollkommenen Form der Multipollinse dem Hexapolfeld ein Elektronenstrahlen ablenkendes Magnetfeld überlagert ist, ändert sich auch die ablenkende Komponente empfindlich und bewegt die Elektronenstrahlen. Daher wird durch das für den Strom empfindliche Hexapolfeld das Auflösungsvermögen verringert. Deshalb wird die sphärische Aberration (Cs) wünschenswerterweise unter einer Bedingung korrigiert, bei der die Stärke des magnetisch gesättigten Hexapolfelds unempfindlich gegenüber dem Strom ist.
Fall der Magnetisierungsstrom der Objektivlinse erheblich geändert wird, werden die Brennweite der Objektivlinse und die sphärische Aberration Cs erheblich geändert, so dass sich auch die Stärke des für das Korrigieren der sphärischen Aberration (Cs) erforderlichen Hexapolfelds erheblich ändert. Falls beispielsweise die Beschleunigungsspannung E geändert wird, wird der Magnetisierungsstrom der Objektivlinse durch Gleichung (1) ausgedrückt:
$I_{1} = I_{0} \times \sqrt{\frac{E_{1}^{*}}{E_{0}^{*}}}$
E₀* repräsentiert die ursprüngliche Beschleunigungsspannung, zu der eine relativistische Korrektur addiert ist. E₁* repräsentiert eine andere Beschleunigungsspannung, zu der eine relativistische Korrektur addiert ist. I₀ und I₁ repräsentieren jeweils die Magnetisierungsströme der Objektivlinse bei den Beschleunigungsspannungen E₀ und E₁. Beispielsweise wird der Magnetisierungsstrom der Objektivlinse bei einer Beschleunigungsspannung von 60 kV etwa das 0,52Fache des Magnetisierungsstroms der Objektivlinse bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV. Falls die Beschleunigungsspannung geändert wird, wird der Magnetisierungsstrom der Objektivlinse erheblich geändert, so dass auch die Stärke des für das Korrigieren der sphärischen Aberration (Cs) erforderlichen Hexapolfelds erheblich geändert wird.
Falls beispielsweise in einem Fall, in dem die Polform eine Referenzform ist (die durchgezogene Linie), die Stärke des für das Korrigieren der sphärischen Aberration (Cs) bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV erforderlichen Hexapolfelds (A) ist, wie in 3 dargestellt ist, erfüllt das durch die Pole mit einer Referenzform erzeugte Hexapolfeld die Bedingung an einem magnetisch gesättigten Abschnitt. Weil es dagegen nicht möglich ist, die Stärke des Hexapolfelds auf die Stärke (A) oder darüber zu erhöhen, falls die Stärke des für das Korrigieren der sphärischen Aberration (Cs) bei einer Beschleunigungsspannung von 60 kV erforderlichen Hexapolfelds höher als (A) ist, ist es nicht möglich, eine Bedingung für die Korrektur der sphärischen Aberration (Cs) in den Polen mit einer Referenzform zu erfüllen.
Falls dagegen die Stärke des für das Korrigieren der sphärischen Aberration (Cs) bei einer Beschleunigungsspannung von 60 kV erforderlichen Hexapolfelds kleiner als (A) ist, erfüllt der Betrag des von den Polen mit einer Referenzform erzeugten Hexapolfelds die Bedingung zur Korrektur der sphärischen Aberration (Cs) und wird die Neigung der Stärke des Hexapolfelds in Bezug auf die Magnetisierung hoch (linearer Abschnitt wird verwendet). Daher ändert sich eine durch die Unvollkommenheit der Multipollinse erzeugte ablenkende Komponente empfindlich bei einer geringen Stromänderung, sie bewegt Elektronenstrahlen und verringert demgemäß das Auflösungsvermögen.
Beim Beispiel wird die sphärische Aberration (Cs) bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV unter Verwendung der Polgruppe 1 (die Pole 1a bis 1f), wie in 1 dargestellt, korrigiert, wird die sphärische Aberration (Cs) bei einer Beschleunigungsspannung von 120 kV unter Verwendung der Polgruppe 2 (der Pole 2a bis 2f) korrigiert und wird die sphärische Aberration (Cs) bei einer Beschleunigungsspannung von 60 kV sowohl unter Verwendung der Polgruppe 1 als auch der Polgruppe 2 korrigiert. 4 zeigt Ergebnisse der Berechnung der Magnetisierung und der Stärke des Hexapolfelds in einem Fall, in dem die Polgruppe 1 (die Pole 1a bis 1f), die Polgruppe 2 (die Pole 2a bis 2f) oder sowohl die Polgruppe 1 als auch die Polgruppe 2 verwendet werden.
Beim Beispiel wird angenommen, dass die Polgruppe 1 (die Pole 1a bis 1f) einen Durchmesser R der die Spule 3 aufnehmenden Achse aufweist, der kleiner ist als jener der Polgruppe 2 (der Pole 2a bis 2f) . Es wird angenommen, dass (A) bis (C) aus 4 jeweils die Stärken der Hexapolfelder zeigen, die für die Korrektur der sphärischen Aberrationen Cs bei Beschleunigungsspannungen von 200 kV, 120 kV und 60 kV erforderlich sind. Dabei können Bedingungen für das Korrigieren der sphärischen Aberrationen (Cs) bei den Beschleunigungsspannungen von 200 kV, 120 kV und 60 kV an magnetisch gesättigten Abschnitten durch Ändern einer ein Hexapolfeld erzeugenden Polgruppe oder durch Kombinieren von Polgruppen miteinander erfüllt werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist es möglich, die Stärke des erhaltenen Hexapolfelds durch Ändern des Polspitzendurchmessers D, der Poldicke T und des Durchmessers R der der die Spule 3 aufnehmenden Achse zu ändern. Dementsprechend ist die 12-Pol-Linse aus dem Beispiel in der Lage, die sphärische Aberration Cs in einem magnetisch gesättigten Zustand bei einer von drei Beschleunigungsspannungen zu korrigieren. Falls die Anzahl der Pole der Multipollinse weiter erhöht wird, ist es möglich, die Anzahl der Beschleunigungsspannungen weiter zu erhöhen, bei denen die sphärische Aberration Cs in einem magnetisch gesättigten Zustand korrigiert werden kann.
5 zeigt ein Beispiel der Konfiguration einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung mit einem Aberrationskorrektor, der durch Auswahl einer Polgruppe oder einer Kombination von Polgruppen magnetisiert werden kann, wie vorstehend beschrieben wurde. Es wird angenommen, dass die mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, die in 5 dargestellt ist, ein Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) ist. Das in 5 dargestellte Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) weist eine Elektronenstrahlquelle 4, Bestrahlungslinsen 6 und 7, eine Einstellungslinse 8, einen Aberrationskorrektor 9, eine Überführungslinse 10, eine Ablenkspule 11, eine Objektivlinse 12, eine Projektionslinse 14, einen Dunkelfeld-Bilddetektor 15, eine Steuereinheit 16, eine Dunkelfeldbild-Betrachtungseinheit 17 und einen Rechner 18 auf.
In 5 werden von der Elektronenstrahlquelle 4 abgegebene Elektronenstrahlen 5 durch die Bestrahlungslinsen 6 und 7 expandiert oder kontrahiert, auf die Objektoberfläche der Einstellungslinse 8 fokussiert und fallen durch die Linsenwirkung der Einstellungslinse 8 parallel auf den Aberrationskorrektor 9. Jede Aberration der Elektronenstrahlen 5 wird durch den Aberrationskorrektor 9 korrigiert, und die Elektronenstrahlen 5 werden durch die Linsenwirkung der Überführungslinse 10 auf die Oberseite der Objektivlinse 12 fokussiert. Die Elektronenstrahlen 5, deren Aberrationen korrigiert worden sind, werden durch die Objektivlinse 12 konvergiert und bilden eine sehr kleine Sonde auf einer Probe 13. Die Ablenkspule 11 tastet die Probe 13 mit der Sonde ab, wobei aus der Probe 13 austretende gestreute Wellen durch den Dunkelfeld-Bilddetektor 15 detektiert werden, wobei die Stärke der gestreuten Wellen mit der Abtastung durch die Sonde synchronisiert wird, und sie werden als Zeilen heller Punkte durch die Dunkelfeldbild-Betrachtungseinheit 17 angezeigt. Dadurch wird ein Dunkelfeldbild der Probe 13 erhalten. Die Projektionslinse 14 stellt den Erstreckungsbereich der auf den Dunkelfeld-Bilddetektor 15 einfallenden Elektronenstrahlen ein.
Die Steuereinheit 16 steuert unabhängig die Linsenwirkungen der Bestrahlungslinsen 6 und 7, der Einstellungslinse 8, der Überführungslinse 10, der Objektivlinse 12 und der Projektionslinse 14 über eine Stromquelle und dergleichen. Zusätzlich steuert die Steuereinheit 16 unabhängig die Magnetisierung einer Multipollinse des Aberrationskorrektors 9. Der Rechner 18 stellt die Linsenwirkung jeder Linse durch Übertragen eines geeigneten Signals zur Steuereinheit 16 ein und berechnet (wohlbekannte Technologie) den Stromwert, der eine Aberrationskorrekturbedingung erfüllt. Der Rechner 18 stellt den Aberrationskorrektor 9 durch Übertragen des berechneten Stromwerts, der die Aberrationskorrekturbedingung und dergleichen erfüllt, ein und korrigiert auf diese Weise Aberrationen. Der Rechner 18 weist eine Anzeigeeinheit auf. Ein Bediener kann den Zustand der Vorrichtung durch Betrachten der Anzeigeeinheit bestätigen. Der Rechner 18 ist in der Lage, ein Dunkelfeldbild durch Empfangen eines Signals von der Dunkelfeldbild-Betrachtungseinheit 17 anzuzeigen.
Ein Beispiel einer Ausführungsform bei Beschleunigungsspannungen von 200 kV, 120 kV und 60 kV wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Es wird angenommen, dass eine in 1 dargestellte 12-Pol-Linse im in 5 dargestellten Aberrationskorrektor 9 montiert ist.
Zuerst erzeugt die Steuereinheit 16 in einem Fall, in dem die Beschleunigungsspannung 200 kV ist, ein Hexapolfeld durch Magnetisieren einer Polgruppe 1 der 12-Pol-Linse. In diesem Fall magnetisiert die Steuereinheit 16 nicht eine Polgruppe 2 der 12-Pol-Linse. Es wird angenommen, dass die Magnetisierung der 12-Pol-Linse (A) erfüllt, wie in 4 dargestellt ist, wobei es sich um ein Hexapolfeld handelt, das erforderlich ist, um die sphärische Aberration (Cs) bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV zu korrigieren. Es kann bestimmt werden, ob die Polgruppe 1 magnetisch gesättigt ist, indem festgestellt wird, ob sich die sphärische Aberration Cs linear ändert, wenn der die Polgruppe 1 magnetisierende Strom geändert wird. Falls der Magnetisierungsstrom proportional zur sphärischen Aberration Cs ist, kann festgestellt werden, dass die Polgruppe 1 nicht magnetisch gesättigt ist. Falls die Änderung der sphärischen Aberration Cs in Bezug auf den Magnetisierungsstrom klein ist, kann festgestellt werden, dass die Polgruppe 1 magnetisch gesättigt ist. Der Betrag der sphärischen Aberration Cs kann durch Aberrationsmessung erhalten werden.
Die Steuereinheit 16 stellt unabhängig jedes Element des in 5 dargestellten Aberrationskorrektors 9 ein, so dass die vom Rechner 18 berechnete Aberrationskorrekturbedingung erfüllt ist. Die Steuereinheit 16 stellt unabhängig Elemente in der Art der vom in 5 dargestellten Aberrationskorrektor 9 verschiedenen Linsen ein, so dass ein geeignetes Dunkelfeldbild erhalten werden kann.
Anschließend erzeugt die Steuereinheit 16 in einem Fall, in dem die Beschleunigungsspannung 120 kV ist, ein Hexapolfeld durch Magnetisieren der Polgruppe 2 der 12-Pol-Linse. In diesem Fall magnetisiert die Steuereinheit 16 nicht die Polgruppe 1 der 12-Pol-Linse. Es wird angenommen, dass die Magnetisierung der 12-Pol-Linse (B) erfüllt, wie in 4 dargestellt ist, wobei es sich um ein Hexapolfeld handelt, das erforderlich ist, um die sphärische Aberration (Cs) bei einer Beschleunigungsspannung von 120 kV zu korrigieren. Es kann festgestellt werden, ob die Polgruppe 2 magnetisch gesättigt ist, indem detektiert wird, ob sich der Magnetisierungsstrom und die sphärische Aberration Cs ähnlich dem Fall, in dem die Beschleunigungsspannung 200 kV ist, linear ändern.
Jedes Element des in 5 dargestellten Aberrationskorrektors 9 wird auf der Grundlage von Ausdruck (1) eingestellt und schließlich durch die Steuereinheit 16 unabhängig eingestellt, so dass eine durch den Rechner 18 berechnete Aberrationskorrekturbedingung erfüllt wird. Nachdem die Elemente in der Art der Linsen, die vom in 5 dargestellten Aberrationskorrektor 9 verschieden sind, auf der Grundlage von Ausdruck (1) ähnlich eingestellt wurden, stellt die Steuereinheit 16 schließlich unabhängig die Elemente ein, so dass ein geeignetes Dunkelfeldbild erhalten werden kann.
Schließlich erzeugt die Steuereinheit 16 in einem Fall, in dem die Beschleunigungsspannung 60 kV ist, Hexapolfelder durch Magnetisieren sowohl der Polgruppe 1 als auch der Polgruppe 2 der 12-Pol-Linse. Es wird angenommen, dass die Magnetisierung der 12-Pol-Linse (C) erfüllt, wie in 4 dargestellt ist, wobei es sich um ein Hexapolfeld handelt, das erforderlich ist, um die sphärische Aberration (Cs) bei einer Beschleunigungsspannung von 60 kV zu korrigieren. Es kann festgestellt werden, ob die Polgruppe 1 und die Polgruppe 2 magnetisch gesättigt sind, indem detektiert wird, ob sich der Magnetisierungsstrom und die sphärische Aberration Cs ähnlich dem Fall, in dem die Beschleunigungsspannung 200 kV ist, linear ändern.
Dabei kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine beliebige Stärke, welche mehrere Typen von Bedingungen zur Korrektur der sphärischen Aberration (Cs) erfüllt, in einem magnetisch gesättigten Zustand erhalten werden, indem nur eine Polgruppe von zwei Polgruppen der 12-Pol-Linse magnetisiert wird oder indem sowohl die Polgruppe 1 als auch die Polgruppe 2 magnetisiert werden, selbst wenn der Magnetisierungsstrom der Objektivlinse erheblich geändert wird, beispielsweise die Beschleunigungsspannung geändert wird.
Dadurch kann ein Aberrationskorrektor bereitgestellt werden, der eine Wirkung in der Art einer Verringerung des Auflösungsvermögens verringert, die durch eine Ablenkkomponente hervorgerufen wird, welche dem Hexapolfeld der 12-Pol-Linse zu überlagern ist. Falls die Polgruppe 1 und die Polgruppe 2 die gleichen Polformen aufweisen, können ein Verfahren zum Magnetisieren entweder der Polgruppe 1 oder der Polgruppe 2 und ein Verfahren zum gleichzeitigen Magnetisieren der Polgruppe 1 und der Polgruppe 2 verwendet werden.
[Andere Beispiele]
Beim Beispiel wird die Technik gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen Aberrationskorrektor angewendet, der in einem Rastertransmissionselektronenmikroskop montiert ist. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auf ein Transmissionselektronenmikroskop angewendet werden. Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf eine Vorrichtung angewendet werden, bei der Elektronen als geladene Teilchen verwendet werden, sondern auch auf eine Vorrichtung, bei der andere geladene Teilchen in der Art von Ionen verwendet werden.
In der Beschreibung des Beispiels wird der Magnetisierungsstrom der Objektivlinse durch Ändern der Beschleunigungsspannung erheblich geändert. Alternativ wird der Magnetisierungsstrom der Objektivlinse durch Ändern der Form eines Polstücks (magnetischen Stücks) der Objektivlinse erheblich geändert. Dementsprechend kann die Steuereinheit 16 in einem Fall, in dem ein Bediener eine Änderung der Form des Polstücks durch die Steuereinheit festlegt, eine zu magnetisierende Polgruppe oder eine Kombination zu magnetisierender Polgruppen auswählen, so dass der Magnetisierungsstrom, der entsprechend der festgelegten Form des Polstücks gefordert wird, erfüllt ist.
Beim Beispiel wird angenommen, dass jede Polgruppe in einem Bereich zu magnetisieren ist, in dem die Stärke eines Hexapolfelds gesättigt ist. Jede Polgruppe kann in einem Zustand magnetisiert werden, in dem die Stärke des zu erzeugenden Hexapolfelds nicht vollständig gesättigt ist, jedoch auf einen Magnetisierungswert, bei dem die Änderung der Stärke in einem zulässigen Bereich liegt.
Beim Beispiel wird eine 12-Pol-Linse als Beispiel herangezogen, und die vorliegende Erfindung kann alternativ auf eine Multipollinse in der Art einer Linse mit 12 oder mehr Polen angewendet werden, wobei die Anzahl der Pole ein Vielfaches von sechs ist. Wenn die Multipollinse beispielsweise eine 18-Pol-Linse ist und drei Sätze von Sechs-Pol-Gruppen Hexapolfelder mit unterschiedlichen Stärken erzeugen können, können ein Verfahren zum einzelnen Magnetisieren der drei Sätze von Sechs-Pol-Gruppen, ein Verfahren zum Magnetisieren beliebiger zweier Sätze von Sechs-Pol-Gruppen von den drei Sätzen von Sechs-Pol-Gruppen und ein Verfahren zum gleichzeitigen Magnetisieren der drei Sätze von Sechs-Pol-Gruppen ausgewählt werden. Auf diese Weise kann die Anzahl der anwendbaren Aberrationskorrekturbedingungen durch Erhöhen der Anzahl der Pole weiter erhöht werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wurde das Beispiel gegeben, um beim Verständnis der vorliegenden Erfindung zu helfen, und es sind nicht notwendigerweise alle Konfigurationselemente aufgenommen. Es können andere Konfigurationselemente zur Konfiguration des Beispiels hinzugefügt werden, ein Teil der Konfigurationselemente des Beispiels kann durch andere Konfigurationselemente ersetzt werden, oder ein Teil der Konfigurationselemente des Beispiels kann fortgelassen werden.
Ein Teil oder alle Konfigurationselemente, Funktionen, Verarbeitungseinheiten, Verarbeitungsmittel und dergleichen können durch eine integrierte Schaltung oder andere Hardware verwirklicht werden. Die Konfigurationselemente und Funktionen können durch Interpretieren und Verwirklichen eines Programms zur Verwirklichung jeder Funktion über einen Prozessor verwirklicht werden. Das heißt, dass jedes Konfigurationselement durch Software verwirklicht werden kann. In diesem Fall ist es möglich, Informationen in der Art eines Programms zum Verwirklichen jeder Funktion, Tabellen, Dateien und dergleichen in einer Speichervorrichtung in der Art eines Speichers, einer Festplatte oder eines Halbleiterlaufwerks (SSD) oder einem Speichermedium in der Art einer Chipkarte, einer SD-Karte, einer DVD oder dergleichen zu speichern.
Bezugszeichenliste

1a bis 1f:: Pol (mit einer Form, die von jener der Pole
2a bis 2f: verschieden ist)
2a bis 2f:: Pol (mit einer Form, die von jener der Pole
1a bis 1f: verschieden ist)
3:: Spule
4:: Elektronenstrahlquelle
5:: Elektronenstrahl
6 und 7:: Bestrahlungslinse
8:: Einstellungslinse
9:: Aberrationskorrektor
10:: Überführungslinse
11:: Ablenkspule
12:: Objektivlinse
13:: Probe
14:: Projektionslinse
15:: Dunkelfeld-Bilddetektor
16:: Steuereinheit
17:: Dunkelfeldbild-Betrachtungseinheit
18:: Rechner

Claims

Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Quelle für einen Strahl geladener Teilchen, ein mit geladenen Teilchen arbeitendes optisches System, das eine Probe mit Strahlen geladener Teilchen bestrahlt, die aus von der Quelle geladener Teilchen abgegebenen geladenen Teilchen gebildet sind, eine Objektivlinse, welche die Strahlen geladener Teilchen fokussiert, einen Korrektor für die sphärische Aberration, der einen magnetisch gesättigten Zustand in mehreren Aberrationskorrekturbedingungen durch selektives Magnetisieren mehrerer Sätze von Polgruppen einer Multipollinse entsprechend einer Änderung des Magnetisierungsstroms der Objektivlinse erfüllt, und eine Steuereinheit, die das mit geladenen Teilchen arbeitende optische System und den Korrektor für die sphärische Aberration steuert.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Aberrationskorrekturbedingungen jeweils mehreren Beschleunigungsspannungen entsprechen.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Aberrationskorrekturbedingungen jeweils mehreren Polstückformen der Objektivlinse entsprechen.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Multipollinse eine 12-Pol-Linse mit 12 Polen ist und wobei eine erste Aberrationskorrekturbedingung durch Magnetisieren einer ersten Polgruppe mit sechs Polen von den 12 Polen erfüllt wird, eine zweite Aberrationskorrekturbedingung durch Magnetisieren einer zweiten Polgruppe mit den anderen sechs Polen erfüllt wird und eine dritte Aberrationskorrekturbedingung durch Magnetisieren aller 12 Pole erfüllt wird.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Multipollinse eine Multipollinse mit 12 oder mehr Polen ist und wobei eine erste Aberrationskorrekturbedingung durch Magnetisieren einer ersten Polgruppe mit sechs Polen von den 12 oder mehr Polen erfüllt wird und eine oder mehrere andere Aberrationskorrekturbedingungen durch selektives Magnetisieren einer Polgruppe mit von den sechs Polen verschiedenen Polen oder einer anderen Polgruppe mit den sechs Polen erfüllt werden.
Mit -einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Multipollinse eine 12-Pol-Linse mit 12 Polen ist und wobei eine erste Aberrationskorrekturbedingung durch Magnetisieren einer ersten Polgruppe mit sechs Polen von den 12 Polen erfüllt wird und eine zweite Aberrationskorrekturbedingung durch Magnetisieren einer zweiten Polgruppe, die andere sechs Pole aufweist, erfüllt wird.
Verfahren zum Korrigieren der sphärischen Aberration einer mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Quelle für einen Strahl geladener Teilchen, ein mit geladenen Teilchen arbeitendes optisches System, das eine Probe mit Strahlen geladener Teilchen bestrahlt, die aus von der Quelle geladener Teilchen abgegebenen geladenen Teilchen gebildet sind, eine Objektivlinse, welche die Strahlen geladener Teilchen fokussiert, einen Korrektor für die sphärische Aberration, der eine sphärische Aberration des mit geladenen Teilchen arbeitenden optischen Systems korrigiert, und eine Steuereinheit, die das mit geladenen Teilchen arbeitende optische System und den Korrektor für die sphärische Aberration steuert, wobei die Steuereinheit einen magnetisch gesättigten Zustand unter mehreren Aberrationskorrekturbedingungen durch selektives Magnetisieren mehrerer Sätze von Polgruppen einer Multipollinse entsprechend einer Änderung des Magnetisierungsstroms der Objektivlinse erfüllt.
Verfahren zum Korrigieren der sphärischen Aberration nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit den Korrektor für die sphärische Aberration entsprechend einer Änderung der Beschleunigungsspannung steuert.
Verfahren zum Korrigieren der sphärischen Aberration nach Anspruch 7, wobei die Steuereinheit den Korrektor für die sphärische Aberration entsprechend einer Änderung der Polstückform der Objektivlinse steuert.
Verfahren zum Korrigieren der sphärischen Aberration nach Anspruch 7, wobei die Multipollinse eine 12-Pol-Linse mit 12 Polen ist, und wobei die Steuereinheit eine erste Polgruppe mit sechs Polen von den 12 Polen magnetisiert, so dass eine erste Aberrationskorrekturbedingung erfüllt wird, die Steuereinheit eine zweite Polgruppe mit anderen sechs Polen magnetisiert, so dass eine zweite Aberrationskorrekturbedingung erfüllt wird, und die Steuereinheit alle 12 Pole magnetisiert, so dass eine dritte Aberrationskorrekturbedingung erfüllt wird.
Verfahren zum Korrigieren der sphärischen Aberration nach Anspruch 7, wobei die Multipollinse eine Multipollinse mit 12 oder mehr Polen ist und wobei die Steuereinheit eine erste Polgruppe mit sechs Polen von den 12 oder mehr Polen magnetisiert, so dass eine erste Aberrationskorrekturbedingung erfüllt wird, und die Steuereinheit selektiv eine Polgruppe mit von den sechs Polen verschiedenen Polen oder eine andere Polgruppe mit den sechs Polen magnetisiert, so dass eine oder mehrere andere Aberrationskorrekturbedingungen erfüllt werden.
Verfahren zum Korrigieren der sphärischen Aberration nach Anspruch 7, wobei die Multipollinse eine 12-Pol-Linse mit 12 Polen ist und wobei die Steuereinheit eine erste Polgruppe mit sechs Polen von den 12 Polen magnetisiert, so dass eine erste Aberrationskorrekturbedingung erfüllt wird, und die Steuereinheit eine zweite Polgruppe mit anderen sechs Polen magnetisiert, so dass eine zweite Aberrationskorrekturbedingung erfüllt wird.