DE112016007436B4 - Aberrationskorrektor und elektronenmikroskop - Google Patents

Abstract

Elektronenmikroskop, umfassend:eine Elektronenquelle (41);einen Aberrationskorrektor, der eine Aberration eines von der Elektronenquelle (41) emittierten Elektronenstrahls korrigiert; undein elektronenoptisches System, das eine Probe (49) mit dem Elektronenstrahl bestrahlt,wobei der Aberrationskorrektor aufweist:eine Öffnung, durch deren Mittelachse der Elektronenstrahl verläuft,eine erste Stromleitungsgruppe (50; 101-112), die parallel zu einer optischen Achse (201) an einer Position angeordnet ist, die um einen ersten Radius (R1) von der Mittelachse getrennt ist, und ein erstes Mehrpolfeld anregt, undeine zweite Stromleitungsgruppe (51; 21-32), die parallel zur optischen Achse (201) an einer Position angeordnet ist, die um einen zweiten Radius (R2) getrennt ist, der länger als der erste Radius (R1) ist, und unabhängig ein zweites Mehrpolfeld anregt, dessen Ordnung und Stärke anders sind als die des ersten Mehrpolfelds,gekennzeichnet durch eine dritte Stromleitungsgruppe (52), die parallel zur optischen Achse (201) an einer Position angeordnet ist, die um einen dritten Radius getrennt ist, der eine andere Länge hat als der erste Radius (R1),wobei der zweite Radius (R2) kleiner ist als der dritte Radius, und in der dritten Stromleitungsgruppe (52) ein drittes Mehrpolfeld angeregt wird.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aberrationskorrektor und ein Elektronenmikroskop.
• Stand der Technik
• In Elektronenmikroskopen wie z.B. einem Rasterelektronenmikroskop (nachstehend als REM bezeichnet) oder Rastertransmissionselektronenmikroskop (nachstehend als RTEM bezeichnet) wurde zur Verbesserung der Auflösung ein Aberrationskorrektor eingeführt. Ein Aberrationskorrektor weist Mehrpollinsen auf, die in mehreren Stufen vorgesehen sind, wobei ein elektrisches Feld oder ein Magnetfeld erzeugt wird, um die Mehrpollinse zu bilden, in welcher eine Vielzahl von Mehrpolfeldern kombiniert sind, und eine Aberration, die in einem Elektronenstrahl enthalten ist, der den Aberrationskorrektor durchläuft, beseitigt wird. PTL 1 offenbart einen Aberrationskorrektor, der einen Mehrpol verwendet. In PTL 1 sind eine Vielzahl von Keilpolen aus Metall radial in einer Mittelachsenrichtung angeordnet, und an jedem der Pole wird ein elektrisches Feld oder ein Magnetfeld angelegt, um ein Mehrpolfeld zu bilden. PTL 2 und PTL 3 offenbaren eine Technik, um durch direkte Verwendung eines Magnetfelds von einer Stromleitung statt von einem Keilpol ein Mehrpolfeld zu erzeugen. Hier wird ein Draht des Keilpols verwendet. Sowohl der Aberrationskorrektor vom Keiltyp als auch der vom Drahttyp erfordern eine hohe mechanische Positionsgenauigkeit.
• Literatur zum Stand der Technik
• Patentliteratur
• PTL 1: JP 2004 - 024 119 A
• PTL 2: JP 2009 - 054 581 A
• PTL 3: JP 2009 - 081 138 A
• DE 10 2007 045 874 A1 offenbart eine Multipol-Spulenanordnung mit den Merkmalen im Oberbegriff der vorliegenden Ansprüche 1 und 8. Weitere herkömmliche Elektronenmikroskope mit Aberrationskorrektur sind in DE 10 2008 035 297 A1 , US 2005 / 0 035 292 A1 , US 2008 / 0 116 391 A1 , US 4 303 864 A und US 4 251 728 A beschrieben.
• Zusammenfassung des technischen Problems der Erfindung
• Da der in PTL 1 beschriebene Aberrationskorrektor eine Vielzahl von Komponenten aufweist und eine Polspitze eine hohe Positionsgenauigkeit einhalten muss, ist die Massenproduktion schwierig, und die Herstellungszeit und -kosten sind problematisch. Daher haben sich die Erfinder sich auf die Untersuchung der Aberrationskorrekturtechnik vom Drahttyp konzentriert, mit der die Aberrationskorrektur kostengünstig durchgeführt werden kann.
• Ein Aberrationskorrektor vom Drahttyp, der in der Lage ist, die Kosten zu senken, wurde zum Beispiel in PTL 2 vorgeschlagen. Hier wird ein Mehrpol mit einer Stromleitung als Polen oder mit einer Vielzahl von gebündelten gleichen Stromleitungen als Polen gebildet, doch aufgrund der räumlichen Einschränkungen, die durch die Position und den Durchmesser der Stromleitungen bedingt sind, und einer Obergrenze des Stroms, der an die Stromleitung angelegt werden kann, da die die Mittelachse umgebende Stromleitungsgruppe eine Einzellage ist, liegt das Problem vor, dass die Stärke des Mehrpolfelds begrenzt und der Bereich der Anwendungsbedingungen eingeengt ist. Das Mehrpolfeld wird durch Überlagern einer Vielzahl von Feldern wie z.B. eines Vierpolfelds und eines Sechspolfelds angeregt. Dabei sind eine Strommenge und eine Empfindlichkeit, die vom Mehrpolfeld benötigt werden, unterschiedlich, die Stromquelle zum Anlegen des Stroms ist jedoch die gleiche. Da ein maximaler Strom einer Situation, in der die maximale Stärke benötigt wird, entsprechend bestimmt wird, und ein Minimalwert einer Änderungsbreite der höchsten Empfindlichkeit entsprechend bestimmt wird, versteht es sich, dass strenge Anforderungen an die Steuergenauigkeit der Stromquelle erfüllt werden müssen.
• PTL 3 offenbart eine Konfiguration, in welcher ein Mehrpolfeld mit einer quadratförmigen Verdrahtung in einem gleichen Abstand von einer Mittelachse als ein Pol gebildet wird. Ein Pol ist in einer Umfangsrichtung (θ-Richtung) erweitert, und zur Erhöhung der Mehrpolfeldstärke ist die Verdrahtung in einem Pol mehrmals gewickelt; da die Pole sich jedoch gegenseitig überlappen, sind die Pole, deren Abstand von der Mittelachse zum Pol unterschiedlich ist, nicht konstant, und es liegt ein Problem vor, dass eine unnötige Aberration auftritt, die die Leistung beeinträchtigt. Da ein Pol in der Konfiguration von PTL 3 eine zweidimensionale Ausdehnung in einer quadratischen Form hat, liegt das Problem vor, dass es schwierig ist, eine Positionsgenauigkeit zu erhalten, und dass von der oberen und der unteren Stromleitung der quadratischen Verdrahtung ein unnötiges Leckmagnetfeld in einer vertikalen Richtung erzeugt wird.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aberrationskorrektor und ein Elektronenmikroskop mit einem großen Aberrationskorrekturbereich, einer einfachen Steuerung, einer hochpräzisen Aberrationskorrektur und niedrigen Kosten bereitzustellen.
• Lösung des Problems
• Um die obige Aufgabe zu erreichen, wird ein Aberrationskorrektor gemäß Anspruch 8 bereitgestellt.
• Darüber hinaus wird ein Elektronenmikroskop gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
• Vorteilhafte Wirkung
• Der Erfindung gemäß ist es möglich, einen Aberrationskorrektor und ein Elektronenmikroskop mit einem großen Aberrationskorrekturbereich, einer einfachen Steuerung, einer hochpräzisen Aberrationskorrektur und niedrigen Kosten bereitzustellen.
• Figurenliste
• 1 ist ein schematischer Grundriss, der ein Beispiel einer mehrlagigen Drahtanordnungskonfiguration in einem Aberrationskorrektor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
• 2 ist ein schematischer Grundriss, der ein Beispiel einer einlagigen Drahtanordnung in einem herkömmlichen Aberrationskorrektor darstellt.
• 3 ist eine schematische perspektivische Darstellung zur Erläuterung des Aussehens des in 1 dargestellten mehrlagigen Drahts.
• 4A ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung einer Komponente des in 1 dargestellten mehrlagigen Drahts.
• 4B ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung eines konkreten Beispiels einer mehrlagigen Konfiguration des in 1 dargestellten mehrlagigen Drahts.
• 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration eines Elektronenmikroskops (Rasterelektronenmikroskop) gemäß jeder Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• 6 ist ein schematischer Grundriss, die ein Beispiel einer mehrlagigen Drahtanordnungskonfiguration in einem Aberrationskorrektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• 7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Abstand R1 von einer optischen Achse zu einem Draht und einer Mehrpolfeldstärke darstellt.
• 8 ist ein schematischer Grundriss zur Erläuterung eines Beispiels einer mehrlagigen Drahtanordnung und eines Verfahrens zur Stromversorgung eines mehrlagigen Drahts in einem Aberrationskorrektor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
• 9 ist ein schematischer Grundriss zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der mehrlagigen Drahtanordnung und eines Verfahrens zur Stromversorgung des mehrlagigen Drahts im Aberrationskorrektor gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
• 10 ist ein schematischer Grundriss, die ein Beispiel einer mehrlagigen Drahtanordnungskonfiguration in einem Aberrationskorrektor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• 11 ist ein schematischer Grundriss, die ein Beispiel einer mehrlagigen Drahtanordnungskonfiguration in einem Aberrationskorrektor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Aufgrund ihrer Nachforschungen zur Leistungserhöhung eines kostengünstigen Aberrationskorrektors vom Drahttyp sind die Erfinder zu dem Ergebnis gekommen, dass es in einer Mehrpollinse für eine Stufe eines Aberrationskorrektors, in welchem ein Elektronenstrahl durch eine Mittelachse verläuft, wobei eine Vielzahl von Stromleitungen, die in der Umfangsrichtung in einem konstanten Radius parallel zu einer optischen Achse angeordnet sind, als eine Gruppe betrachtet wird, und eine Vielzahl solcher Gruppen mit verschiedenen Radien angeordnet sind (mehrlagige Anordnung), möglich ist, durch unabhängige Steuerung der jeweiligen Gruppen Mehrpolfelder verschiedener Art und Stärke anzuregen.
• Durch Anordnen der die Mittelachse umgebenden Stromleitungsgruppe in einer mehrlagigen Anordnungskonfiguration ist es möglich, die Anregungsstärke der benötigten Stärke des Mehrpols entsprechend so einzustellen, dass der Anwendungsbereich im Aberrationskorrektor vom Drahttyp erweitert wird. Außerdem ist es möglich, einen Maximalwert und einen Änderungsschritt der Abgabe einer verwendeten Stromquelle zu optimieren.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. Auch wenn in den Ausführungsformen ein Rasterelektronenmikroskop als Beispiel beschrieben wird, ist sie allgemein auf ein Elektronenmikroskop anwendbar. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
• [Erste Ausführungsform]
• 1 ist ein schematischer Grundriss eines Konfigurationsbeispiels eines mehrlagigen Drahts in einem Aberrationskorrektor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. 1 zeigt eine mehrlagige Anordnung mit zwei Stromleitungsgruppen, d.h., den Stromleitungen 101 bis 112 auf einem Radius R1 und den Stromleitungen 21 bis 32 auf einem Radius R2, mit einer optischen Achse (Mittelachse) 201 eines senkrecht zur Papieroberfläche verlaufenden Elektronenstrahls als Mittelpunkt. Der durch die Stromleitungen in 1 fließende Strom fließt parallel zur optischen Achse 201 in eine Richtung, die der des Elektronenstrahls entspricht oder entgegengesetzt dazu ist. Die Ströme I_i (i = 1 bis 12) der Stromleitungen 101 bis 112, die zum Beispiel ein 2N-Pol-Feld anregen (N ist eine Ganzzahl größer gleich 1. Beispiel: N = 1 ist ein Zweipolfeld, und N = 2 ist ein Vierpolfeld) sind eine Kombination von Gleichung (1) in Bezug auf einen Bezugsstrom A_N. (Positive und negative Vorzeichen von I_i stellen die Richtung des Stroms dar.)
• $${\text{I}}_{\text{i}}={\text{A}}_{\text{N}}\cdot \text{Cos}\left(\text{N}\left(\text{i}-\text{1}\right)\pi /6\right)$$

  
• In einer Mehrpollinse des Aberrationskorrektors überlagern sich in derselben Stufe eine Vielzahl von Mehrpolfeldern, da eine Vielzahl von Aberrationen korrigiert werden, wie z.B. eine sphärische Aberration und eine Koma-Aberration. In einer herkömmlichen Linse mit einlagigem Draht, die in 2 gezeigt wird und die Stromleitungen 101 bis 112 aufweist, ist zur Überlagerung einer Vielzahl von Feldern der Strom jedes Drahts eine Summe von N = 1 bis 4 und 6 (bei der Konfiguration von 2 ist N = 5 nicht möglich und daher ausgeschlossen), wie in Gleichung (2) gezeigt. Die Zahl, bis zu welcher die Summe erhalten wird, ist 6, da in 2 die Anzahl der Leitungen 12 ist, die Zahl kann jedoch erhöht werden, indem die Anzahl der Leitungen erhöht wird, und N = 5 kann auch eingeschlossen sein.
• $${\text{I}}_{\text{i}}={\text{A}}_1\cdot \text{Cos}\left(\left(\text{i}-\text{1}\right)\pi /6\right)+{\text{A}}_{\text{2}}\cdot \text{Cos}\left(2\left(\text{i}-\text{1}\right)\pi /6\right)+\cdots ={\displaystyle \sum _{\text{N}=\text{1}}{\text{A}}_{\text{N}}\cdot \text{Cos}\left(\text{N}\left(\text{i}-\text{1}\right)\pi /6\right)}$$

  
• In 1 kann die Steuerbarkeit des Mehrpolfelds verbessert werden, indem durch die Stromleitungsgruppe jeder Lage verschiedene Arten von Mehrpolfeldern angeregt werden, wie z.B. N = 4 (Achtpolfeld) in den Stromleitungen 101 bis 112 und N = 2 (Vierpolfeld) in den Stromleitungen 21 bis 32. Da die Summe der Ströme der Mehrpolfelder in Gleichung (2) erhalten wird, tritt eine Kombination von Feldstärken, in welcher der Strom eine Obergrenze erreicht und die nicht steuerbar ist, aufgrund einer Differenz in der Periodizität diskontinuierlich auf, weshalb die Obergrenze ohne Berücksichtigung der Kombination einmalig bestimmt wird, wenn nur ein bestimmtes Mehrpolfeld ausgegeben wird.
• Die Stromleitungsgruppen sind in 1 in vereinfachter Form dargestellt, da sie tatsächlich ein Aussehen haben, wie in der perspektivischen Ansicht von 3 gezeigt. Das heißt, 3 stellt die in 1 gezeigten Stromleitungen 101 bis 112 dar, mit anderen Verdrahtungen neben der optische Achse und parallelen Abschnitten, und jede Verdrahtung bildet eine quadratische Verdrahtung auf einer Ebene, die durch die optische Achse 201 und jede Stromleitung gebildet wird (die Richtung der quadratischen Verdrahtung unterscheidet sich von der in PTL 3). Darunter sind Stromleitungen zweier Pole, die sich mit der optischen Achse 201 als Bezugspunkt gegenüberliegen, in 4A dargestellt. In 4A ist ein Stromleitungsabschnitt 13 auf Seiten der optischen Achse als Hauptleitung definiert, ein oberer Stromleitungsabschnitt 14 und ein unterer Stromleitungsabschnitt 15 sind als Nebenleitungen definiert, und ein Stromleitungsabschnitt 16, der um einen Radius B1 von der optischen Achse 201 getrennt ist, ist als Rückleitung definiert. Obwohl die Verdrahtung eine quadratische Form hat, kann sie auch kreisförmig, dreieckig oder dergleichen sein, solange sie auf derselben Fläche liegt. Wenn die Absolutwerte der Strommengen derselben Hauptleitungsgruppe gleich sind, können die Hauptleitungen mit dem Eingang und Ausgang einer Anschlusseinheit 17 in Reihe geschaltet sein, um von einer Stromquelle mit Strom versorgt zu werden.
• Das Mehrpolfeld wird hauptsächlich durch das Magnetfeld der Hauptleitung gebildet, und im Prinzip ist keine andere Verdrahtung als die Hauptleitung erforderlich, um ein Mehrpolfeld zu bilden. Da der Strom durch die Rückleitung in eine Richtung fließt, die entgegengesetzt zu der der Hauptleitung ist, wird ein Mehrpolfeld mit einer Polarität erzeugt, die entgegengesetzt zu der der Hauptleitung ist, was eine die Mehrpolfeldstärke verringernde Wirkung hat. Um dies zu verhindern, ist der Radius B1 bevorzugt größer als der Radius R1. Im Folgenden ist der Abstand von der Rückleitung zur optischen Achse größer als der Abstand von der Hauptleitung zur optischen Achse, und nur die in 1 dargestellte Hauptleitung wird beschrieben, sofern nicht anders angegeben.
• 4A stellt den Fall eines einlagigen Drahts dar, und 4B stellt die Stromleitung 107 und die Stromleitung 27 als Beispiele im Fall eines mehrlagigen Drahts dar. Der Abstand von der optischen Achse 201 zur Stromleitung 107 ist R1, und der Abstand von der optischen Achse 201 zur Stromleitung 27 ist R2, und die Abstände R1 und R2 sind Werte, die ausreichend kleiner sind als der Abstand B1 von der optischen Achse 201 zu den jeweiligen Rückleitungen. Obwohl in den Zeichnungen zwischen der oberen und der unteren Nebenleitung der Stromleitung 107 und der oberen und der unteren Nebenleitung der Stromleitung 27 ein Zwischenraum vorhanden ist, sind sie tatsächlich benachbart zueinander angeordnet. Es ist wünschenswert, dass die obere und die untere Nebenleitung der Stromleitung 107 und die obere und die untere Nebenleitung der Stromleitung 27 so angeordnet sind, dass sie sich im Grundriss überlappen.
• 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Gesamtkonfiguration des Rasterelektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das Rasterelektronenmikroskop (REM) weist einen Aberrationskorrektor mit dem in 1 dargestellten mehrlagigen Draht auf. In diesem REM wird ein Primärelektronenstrahl (nicht dargestellt) von einer Elektronenkanone 41 emittiert, und ein Parallelstrahl wird durch eine Kondensorlinse 42 gebildet und durchläuft eine Mehrpollinse 43. Der Primärelektronenstrahl, der die Mehrpollinse 43 durchlaufen hat, wird durch eine Kondensorlinse 44 und eine Kondensorlinse 45 zu einer Mehrpollinse 46 geleitet. Dann wird der Primärelektronenstrahl durch eine Kondensorlinse 47 und eine Objektivlinse 48 fokussiert und auf eine Probe 49 emittiert. Das Innere einer Vakuumkammer 40 ist evakuiert, und der Elektronenstrahl läuft in einem Vakuumzustand von der Elektronenkanone 41 zur Probe 49. Die Mehrpollinse 43 und die Mehrpollinse 46 weisen die in 1 dargestellte mehrlagige Drahtgruppe auf, und ein Sechspolfeld wird zur Durchführung einer sphärischen Aberrationskorrektur angeregt. Dieses optische System zur Korrektur der sphärischen Aberration ist ein optisches System wie in einem gängigen Aberrationskorrektor, der in einem RTEM oder dergleichen verwendet wird. Die sphärische Aberrationskorrektur kann kostengünstig durchgeführt werden, indem für die Mehrpollinsen 43 und 46 statt eines Keilmehrpols ein mehrlagiger Drahtmehrpol verwendet wird. Zudem ist der Aberrationskorrekturbereich im Vergleich zum einlagigen Drahtmehrpol groß, die Steuerung ist einfach, und es ist möglich, eine hochpräzise Beobachtung durchzuführen. Der Drahtmehrpol ist auch als Mehrpollinse eines vierstufigen Aberrationskorrektors mit einem anderen Vierpolfeld und Achtpolfeld als in der vorliegenden Ausführungsform anwendbar.
• Der obigen Ausführungsform gemäß ist es möglich, einen Aberrationskorrektor oder ein Elektronenmikroskop mit einem großen Aberrationskorrekturbereich, einer einfachen Steuerung, einer hochpräzisen Aberrationskorrektur und niedrigen Kosten bereitzustellen.
• [Zweite Ausführungsform]
• Ein Aberrationskorrektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird Bezug nehmend auf 6 und 7 beschrieben. Die Punkte, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wurden und in der vorliegenden Ausführungsform nicht beschrieben werden, sind außer bei anderslautender Angabe auch auf die vorliegende Ausführungsform anwendbar.
• Die vorliegende Ausführungsform zeigt eine Konfiguration eines mehrlagigen Drahtmehrpols, in welcher eine effiziente Mehrpolfeldstärke erreicht wird. 6 ist eine schematische Darstellung des mehrlagigen Drahtmehrpols, in welchem Hauptleitungsgruppen 50, 51 und 52 an jeweiligen Radien von der optischen Achse 201 eines senkrecht zur Papieroberfläche verlaufenden Ladungsteilchenstrahls als Mittelpunkt angeordnet ist. Jede der Hauptleitungsgruppen 50 bis 52 ist aus 12 kreisförmigen Stromleitungen mit derselben Phase zusammengesetzt, und der Radius der Stromleitung ist so eingestellt, dass in jeder Anordnung ein maximaler Radius Rmax erhalten wird. Der maximale Radius Rmax der aus 12 Stromleitungen bestehenden Stromleitungsgruppe in Bezug auf den Abstand R1 von der Hauptleitung zur optischen Achse 201 wird durch Gleichung (3) gegeben.
• $${\text{R}}_{\text{max}}=\text{R1}\cdot \text{sin}\left(\pi /12\right)$$

  
• Auch wenn die Stromleitung tatsächlich beschichtet und isoliert ist, wird dies in dieser Beschreibung der Kürze halber ausgelassen.
• Abgesehen von externen Faktoren wie z.B. die Temperatur ist die Obergrenze des Stromwerts, der auf die Stromleitung anlegbar ist, von der Fläche und vom Material der Stromleitung abhängig. Eine zulässige Stromdichte Jmax in einer Einheitsfläche wird in Bezug auf das Material bestimmt. Wenn der Strom der Stromleitung dagegen konstant ist, ist die Stärke BW_max des 2N-Pol-Felds proportional zur (N - 1).ten Potenz von (1/R1), wie in Gleichung (4) gezeigt.
• $${\text{Bw}}_{\text{max}}\propto \frac{{\text{I}}_{\text{N}}}{{\text{R1}}^{\text{N}}}$$

  
• Wenn ein Strom bis zu einem zulässigen Strom als Obergrenze fließt, wird der Bezugsstrom AN durch Gleichung (5) ausgedrückt.
• $${\text{A}}_{\text{N}}={\text{J}}_{\text{max}}\cdot {\text{R}}_{\text{max}}{}^2={\text{J}}_{\text{max}}\cdot {\text{R1}}^2\cdot {\text{sin}}^2\left(\pi /12\right)$$

  
• Wenn die Gleichung (5) mit Gleichung (4) kombiniert wird, wird die Stärke BW_max des 2N-Pol-Felds durch Gleichung (6) ausgedrückt.
• $${\text{Bw}}_{\text{max}}\propto \frac{{\text{J}}_{\text{max}}}{{\text{R1}}^{\text{N-2}}}$$

  
• BW_max in Gleichung (6) ist auf eine Stärke bei R1 = 5 mm normalisiert und geplottet, wie in 7 dargestellt. Unter Berücksichtigung der Obergrenze des Stroms für den 12-Pol-Draht ist es zur Erhöhung der Mehrpolfeldstärke notwendig, bei einem Zweipolfeld den Abstand R1 vom Zentrum zu erhöhen und R1 bei einem Feld mit sechs Polen oder mehr zu verkürzen. Da die Stärke bei einem Vierpolfeld konstant ist, ist es zudem notwendig, die Länge der Stromleitung in Richtung der optischen Achse zu vergrößern, um einen Arbeitsabstand zu gewinnen. Da die Änderungsgröße der Mehrpolfeldstärke in Bezug auf R1 je nach Art des Mehrpolfelds variiert, ist es daher schwierig, R1 im einlagigen Draht zu gestalten. Insbesondere wird eine Anwendungsbedingung des Aberrationskorrektors des Drahtmehrpols in Bezug auf eine Beschleunigungsspannung, eine optische Vergrößerung, einen Arbeitsabstand und dergleichen eingeengt. Demgegenüber kann R1 im mehrlagigen Draht der Empfindlichkeit jedes Mehrpols entsprechend so eingestellt werden, dass die Anwendungsbedingung erweitert wird.
• Im Prinzip ist es aufgrund der Eigenschaften von 7 wünschenswert, ein Mehrpolfeld höherer Ordnung (großes N des 2N-Pol-Felds) im mehrlagigen Drahtmehrpol in einer Lage auf Seiten der optischen Achse anzuordnen. Dadurch kann der Einfluss eines Stromquellenrauschens unterdrückt werden. Das Rauschen kann als eine Komponente relativ niedriger Ordnung wie z.B. eine im Mehrpolfeld enthaltene Zweipol- oder Vierpolfeldkomponente betrachtet werden, und 7 gemäß nimmt das Verhältnis der Stärke eines Felds mit vier Polen oder mehr zu der eines Zweipolfelds zu, wenn R1 reduziert wird, weshalb der Einfluss relativ gering ist.
• Da das Mehrpolfeld, das die maximale Magnetfeldstärke erfordert, jedoch je nach Tup des Aberrationskorrektors unterschiedlich ist, wird die zugeordnete Lage schließlich dem Bedarf und der Stärke entsprechend konfiguriert. Da die Stärke des Sechspolfelds im Aberrationskorrektor der ersten Ausführungsform des in 5 dargestellten Typs am meisten benötigt wird, werden Sechspole ungeachtet dieses Prinzips der achsseitigen Lage zugeordnet.
• In 6 sind eine Hauptleitungsgruppe 53 und eine Hauptleitungsgruppe 54 zum Erregen eines Hilfsmehrpolfelds in einer Phase angeordnet, die von einem Anordnungswinkel der Hauptleitungsgruppen 50 bis 52 um die Hälfte versetzt ist. Die Radien der Hauptleitungsgruppen 53 und 54 sind kleiner eingestellt als die der Hauptleitungsgruppen 50 bis 52, um keinen Einfluss auf die Hauptleitungsgruppen 50 bis 52 zu haben. Der Zweck des Hilfsmehrpolfelds besteht darin, eine Abweichung des in den Hauptleitungsgruppen 50 bis 52 erzeugten Mehrpolfelds zu kompensieren. Wenn zum Beispiel in der Hauptleitungsgruppe 50 ein Sechspolfeld angeregt wird, kann eine Sechspolfeldkomponente enthalten sein, die aufgrund einer mechanischen Abweichung aus dem ursprünglich angelegten Sechspolfeld gedreht wurde. In diesem Fall regt die Hauptleitungsgruppe 53 ein Sechspolfeld an, das die Drehkomponente aufhebt. Da die Drehkomponente klein ist, wenn die mechanische Genauigkeit hoch ist, und die angelegte Strommenge klein ist, ist ein Durchmesser der Stromleitung des Hilfsmehrpolfelds geringer. Obwohl die Drehkomponente kann auf der Hauptleitung 53 überlagert werden auch, besteht dann das Problem, dass die Anzahl der erforderlichen Stromquellen zunimmt.
• Der Aberrationskorrektor mit dem in 6 dargestellten mehrlagigen Drahtmehrpol wurde in das in 5 gezeigte Rasterelektronenmikroskop eingebaut, um eine Probe zu beobachten, und als Ergebnis war der Aberrationskorrekturbereich groß, die Steuerung war einfach, und es konnte eine Beobachtung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
• Der obigen Ausführungsform gemäß kann die gleiche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden. Darüber hinaus ist es möglich, durch Vorsehen des Hilfsmehrpolfelds eine genauere Aberrationskorrektur durchzuführen.
• [Dritte Ausführungsform]
• Ein Aberrationskorrektor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird Bezug nehmend auf 8 und 9 beschrieben. Die Punkte, die in der ersten oder zweiten Ausführungsform beschrieben wurden und in der vorliegenden Ausführungsform nicht beschrieben werden, sind außer bei anderslautender Angabe auch auf die vorliegende Ausführungsform anwendbar.
• In der vorliegenden Ausführungsform weist ein mehrlagiger Drahtmehrpol eine Konfiguration auf, die auf einen großen Änderungsbereich in Bezug auf Bedingungen wie die Beschleunigungsspannung, die optische Vergrößerung und den Arbeitsabstand anwendbar ist. 8 ist ein schematischer Grundriss zur Erläuterung eines Beispiels einer mehrlagigen Drahtanordnung und eines Verfahrens zur Stromversorgung eines mehrlagigen Drahts in einem Aberrationskorrektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In 8 sind eine Stromquelle 81 und eine Stromquelle 82 zum Anlegen des Mehrpolstroms vorgesehen, und die Stromquelle 81 und die Stromquelle 82 werden einer Anweisung von einer Steuereinheit 80 entsprechend durch einen Schalter 83 und einen Schalter 84 zwischen zwei der Drahtgruppen 50 bis 52 umgeschaltet.
• Wenn die Beschleunigungsspannung hoch ist oder der Arbeitsabstand WD klein ist, ist es notwendig, die Mehrpolfeldstärke zu erhöhen, um den Korrekturbetrag zu erhöhen. In diesem Fall wird die Stromquelle 81 mit der Hauptleitungsgruppe 50 verbunden, und die Stromquelle 82 wird mit der Hauptleitungsgruppe 51 verbunden, um R1 in Bezug auf das Sechspolfeld und das Achtpolfeld zu reduzieren. Wenn die Beschleunigungsspannung dagegen niedriger ist oder der Arbeitsabstand WD groß ist, wird die Stromquelle 81 mit der Hauptleitungsgruppe 51 verbunden, und die Stromquelle 82 wird mit der Hauptleitungsgruppe 52 verbunden, um R1 in Bezug auf das Sechspolfeld und das Achtpolfeld zu erhöhen. Wenn die Umschaltung dieser Bedingung entsprechend erfolgt, kann die Abgabe der Stromquelle 81 innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten werden. Obwohl es denkbar wäre, die Stromabgabe einfach durch eine niedrige Beschleunigung oder dergleichen zu reduzieren, ist es jedoch in der Praxis erforderlich, einen Stromänderungsschritt, die Stabilität (Rauschmaß) usw. proportional zu verkleinern, wodurch die Kosten der Stromquelle erhöht würden, weshalb das Verfahren des Verringerung der Stromabgabe nicht wünschenswert ist.
• In der obigen Ausführungsform ist eine Art von Mehrpolfeld pro Lage vorgesehen, es ist jedoch nicht erforderlich, in allen Lagen nur eine Art von Mehrpolfeld vorzusehen. Mehrpolfelder, die relativ schwach sind und die Obergrenze des Stroms nicht erreichen, können sich problemlos überlagern. Insbesondere, wenn die Beschleunigungsspannung sich ändert, kann die sich überlagernde Kombination oder die Zahl der zu verwendenden Stromquellen je nach Art und Umfang der zu korrigierenden Aberration aufgrund von Änderungen im Einflussgrad der chromatischen Aberration geändert werden. Die in 9 dargestellte Konfiguration wird durch Zusatz einer Stromquelle 85 erhalten, um an die Konfiguration von 8 einen Mehrpolstrom anzulegen. Dem Befehl der Steuereinheit 80 entsprechend kann ein Schalter 86 die Stromquelle 85 zwischen einem Zustand, in welchem sie mit der Drahtgruppe 52 verbunden ist, und einem Zustand, in welchem sie nicht damit verbunden ist, umschalten. Wenn die Stromquelle 82 mit der Hauptleitungsgruppe 52 verbunden ist, ist die Stromquelle 85 nicht verbunden, und in der Hauptleitungsgruppe 52 wird eine Vielzahl sich überlagernder Felder angeregt.
• Der Aberrationskorrektor mit dem in 8 oder 9 dargestellten mehrlagigen Drahtmehrpol wurde in das in 5 gezeigte Rasterelektronenmikroskop eingebaut, um die Probe zu beobachten, und als Ergebnis war der Aberrationskorrekturbereich groß, die Steuerung einfach, und es konnte eine Beobachtung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
• Der obigen Ausführungsform gemäß kann die gleiche Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden. Außerdem ist es durch Vorsehen des Stromquellen-Schaltmittels möglich, in Bezug auf Bedingungen wie die Beschleunigungsspannung, die optische Vergrößerung und den Arbeitsabstand einen größeren Änderungsbereich anzuwenden.
• [Vierte Ausführungsform]
• Ein Aberrationskorrektor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird Bezug nehmend auf 10 beschrieben. Die Punkte, die in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben wurden und in der vorliegenden Ausführungsform nicht beschrieben werden, sind außer bei anderslautender Angabe auch auf die vorliegende Ausführungsform anwendbar.
• 10 ist ein schematischer Grundriss, die ein Beispiel einer mehrlagigen Drahtanordnungskonfiguration in einem Aberrationskorrektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Bisher war die Anzahl der Stromleitungen in jeder Drahtgruppe 12, doch wie in 10 gezeigt, kann die Anzahl der Leitungen pro Lage geändert werden. Hier ist der optischen Achse 201 gegenüber auf einer Innenumfangsseite eine Hauptleitungsgruppe 60 mit 12 Leitungen angeordnet, und auf deren Außerseite sind eine Hauptleitungsgruppe 61 mit 8 Leitungen, eine Hauptleitungsgruppe 62 und eine Hauptleitungsgruppe 63 mit je 6 Leitungen, eine Hauptleitungsgruppe 64 und eine Hauptleitungsgruppe 65 mit je 4 Leitungen und eine Hauptleitungsgruppe 66 und eine Hauptleitungsgruppe 67 mit je 2 Leitungen angeordnet. Durch die Hauptleitungsgruppe 60 wird ein Zwölfpolfeld angelegt, durch die Hauptleitungsgruppe 61 wird ein Achtpolfeld angelegt, durch die Hauptleitungsgruppen 62 und 63 wird ein Sechspolfeld angelegt, durch die Hauptleitungsgruppen 64 und 65 ein Vierpolfeld angelegt, und durch die Hauptleitungsgruppen 66 und 67 wird ein Zweipolfeld angelegt. Ein Satz Hauptleitungsgruppen mit derselben Zahl von Leitungen und demselben Abstand vom Zentrum ist eine Kombination von Phasen, die um die Hälfte vom Anordnungswinkel versetzt sind. Für jede Hauptleitungsgruppe kann eine andere Phase vorgesehen sein, auch wenn dies in 10 nicht dargestellt ist.
• Wenn die Zahl der Leitungen nicht 12 ist, kann der an den Draht anzulegende Strom I_i durch Gleichung (7) ausgedrückt werden, wobei M die Anzahl der Stromleitungen ist, aus denen die Leitungsgruppe gebildet ist.
• $${\text{I}}_{\text{i}}={\text{A}}_{\text{N}}\cdot \text{Cos}\left(2\text{N}\left(\text{i}-\text{1}\right)\pi /\text{M}\right)$$

  
• Wenn M hier 2N ist, ergibt sich Gleichung (8), die Ein- und Ausgangspositionen der Stromleitungen durch eine Reihenschaltung ersetzt werden.
• $${\text{I}}_{\text{i}}={\text{A}}_{\text{N}}\cdot \text{Cos}\left(\left(\text{i}-\text{1}\right)\pi \right)={\text{A}}_{\text{N}}\cdot {\left(-\text{1}\right)}^{\text{i}-\text{1}}$$

  
• Wie oben beschrieben, kann die Struktur vereinfacht werden, wenn das voreingestellte Mehrpolfeld begrenzt wird. Die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn die Anwendungsbedingungen begrenzt sind.
• Der Aberrationskorrektor mit dem in 10 dargestellten mehrlagigen Drahtmehrpol wurde in das in 5 gezeigte Rasterelektronenmikroskop eingebaut, um eine Probe zu beobachten, und als Ergebnis war der Aberrationskorrekturbereich groß, die Steuerung einfach, und eine hochpräzise Beobachtung konnte durchgeführt werden.
• Der obigen Ausführungsform gemäß kann die gleiche Wirkung wie bei der ersten Ausführungsform erreicht werden. Darüber hinaus kann die Struktur vereinfacht werden, wenn das voreingestellte Mehrpolfeld eingeschränkt ist.
• [Fünfte Ausführungsform]
• Ein Aberrationskorrektor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird Bezug nehmend auf 11 beschrieben. Die Punkte, die in der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben wurden und in der vorliegenden Ausführungsform nicht beschrieben werden, sind außer bei anderslautender Angabe auch auf die vorliegende Ausführungsform anwendbar.
• Auch in der obigen Ausführungsform wird ein 2N-Pol-Feld durch einen mehrlagigen Draht angeregt, am Außenumfang des Zweipolfelds kann jedoch eine gängige Ablenkeinrichtung angeordnet sein. In Bezug auf die Hauptleitungsgruppen 66 und 67, die in der Konfiguration von 10 der vierten Ausführungsform dargestellt sind, wird eine zusätzliche Aberration erzeugt, die sich vom Hauptzweipolfeld unterscheidet. Zur Anregung eines Zweipolfelds kann jedoch eine gängige Ablenkeinrichtung verwendet werden, und es ist unwahrscheinlich, dass die Ablenkeinrichtung aufgrund eines Verteilungsdrahts oder dergleichen eine zusätzliche Aberration, eine Positionsabweichung und dergleichen verursacht.
• 11 ist ein schematischer Grundriss, die ein Beispiel einer mehrlagigen Drahtanordnungskonfiguration in einem Aberrationskorrektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 11 ist ein Drahtmehrpol mit einem einer Ablenkeinrichtung 68 und einer Ablenkeinrichtung 69 anstelle eines Drahtdipols konfiguriert. Im Falle eines Keilpols ist der Pol ein magnetisches Material, und eine magnetische Abschirmung ist vorhanden, auch wenn die Ablenkeinrichtung am Außenumfang angeordnet ist; daher ist es schwer, eine Konfiguration wie in der vorliegenden Ausführungsform zu erreichen. Demnach weist der Drahtmehrpol auch ein Merkmal auf, dass eine gängige Ablenkeinrichtung außen angeordnet werden kann.
• Der Aberrationskorrektor mit dem in 11 dargestellten mehrlagigen Drahtmehrpol wurde in das in 5 gezeigte Rasterelektronenmikroskop eingebaut, um die Probe zu beobachten, und als Ergebnis war der Aberrationskorrekturbereich groß, die Steuerung einfach, und eine Beobachtung mit hoher Genauigkeit konnte durchgeführt werden.
• Der obigen Ausführungsform gemäß kann die gleiche Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erreicht werden. Darüber hinaus ist es durch Verwendung der Ablenkeinrichtung anstelle des Drahtdipols möglich, das Auftreten der zusätzlichen Aberration neben dem Zweipolfeld zu reduzieren.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern schließt verschiedene Modifikationen ein. Zum Beispiel können die obigen Ausführungsformen zum leichteren Verständnis der Erfindung ausführlich beschrieben worden sein und sind nicht unbedingt auf jene beschränkt, die alle oben beschriebenen Konfigurationen haben. Ferner kann ein Teil einer Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform auch durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und die Konfiguration einer anderen Ausführungsform kann auch zur Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform hinzugefügt werden. In einem Teil einer Konfiguration jeder Ausführungsform kann eine andere Konfiguration hinzugefügt, entfernt oder ersetzt werden.
• Bezugszeichenliste

101 bis 112

Stromleitung

13

Hauptleitungsabschnitt der Stromleitung

14

oberer Nebenleitungsabschnitt der Stromleitung

15

unterer Nebenleitungsabschnitt der Stromleitung

16

Rückleitungsabschnitt der Stromleitung

17

Ein-/Ausgangabschnitt 21 bis 32 der Stromleitung

40

Vakuumbehälter

41

Elektronenstrahlkanone

42

Kondensorlinse

43

Mehrpollinse

44

Kondensorlinse

45

Kondensorlinse

46

Mehrpollinse

47

Kondensorlinse

48

Objektivlinse

49

Probe

50

Hauptleitungsgruppe

51

Hauptleitungsgruppe

52

Hauptleitungsgruppe

53

Hauptleitungsgruppe

54

Hauptleitungsgruppe

60

Hauptleitungsgruppe

61

Hauptleitungsgruppe

62

Hauptleitungsgruppe

63

Hauptleitungsgruppe

64

Hauptleitungsgruppe

65

Hauptleitungsgruppe

66

Hauptleitungsgruppe

67

Hauptleitungsgruppe

68

Ablenkeinrichtung

69

Ablenkeinrichtung

80

Steuereinheit

81

Stromquelle

82

Stromquelle

83

Schalter

84

Schalter

85

Stromquelle

86

Schalter

201

optische Achse (Mittelachse)

Claims (9)

1. Elektronenmikroskop, umfassend: eine Elektronenquelle (41); einen Aberrationskorrektor, der eine Aberration eines von der Elektronenquelle (41) emittierten Elektronenstrahls korrigiert; und ein elektronenoptisches System, das eine Probe (49) mit dem Elektronenstrahl bestrahlt, wobei der Aberrationskorrektor aufweist: eine Öffnung, durch deren Mittelachse der Elektronenstrahl verläuft, eine erste Stromleitungsgruppe (50; 101-112), die parallel zu einer optischen Achse (201) an einer Position angeordnet ist, die um einen ersten Radius (R1) von der Mittelachse getrennt ist, und ein erstes Mehrpolfeld anregt, und eine zweite Stromleitungsgruppe (51; 21-32), die parallel zur optischen Achse (201) an einer Position angeordnet ist, die um einen zweiten Radius (R2) getrennt ist, der länger als der erste Radius (R1) ist, und unabhängig ein zweites Mehrpolfeld anregt, dessen Ordnung und Stärke anders sind als die des ersten Mehrpolfelds, gekennzeichnet durch eine dritte Stromleitungsgruppe (52), die parallel zur optischen Achse (201) an einer Position angeordnet ist, die um einen dritten Radius getrennt ist, der eine andere Länge hat als der erste Radius (R1), wobei der zweite Radius (R2) kleiner ist als der dritte Radius, und in der dritten Stromleitungsgruppe (52) ein drittes Mehrpolfeld angeregt wird.
2. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Leitungen der ersten Stromleitungsgruppe (50; 101-112) 12 oder mehr ist.
3. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei das erste Mehrpolfeld eine höhere Ordnung als die des zweiten Mehrpolfelds hat.
4. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei eine Leitungsbreite je Pol einer Stromleitung, aus der die zweite Stromleitungsgruppe (51; 21-32) gebildet ist, größer ist als eine Leitungsbreite je Pol einer Stromleitung, aus der die erste Stromleitungsgruppe (50; 101-112) gebildet ist.
5. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei das erste Mehrpolfeld ein Feld mit sechs oder mehr Polen ist, und unter der Bedingung, dass der Abstand von der Achse (201) gleich ist, eine Strommenge des ersten Mehrpolfelds größer ist, wenn das zweite Mehrpolfeld und das erste Mehrpolfeld angeregt werden.
6. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, außerdem umfassend: eine Stromquelle (81, 82, 85); einen Schalter (83, 84, 86), der einen Stromweg von der Stromquelle (81, 82, 85) aus ändert; und eine Steuereinheit (80), wobei die Steuereinheit (80) den Schalter (83, 84, 86) steuert, um eine Stromleitungsgruppe, die von der Stromquelle (81, 82, 85) betrieben wird, einer Beschleunigungsspannung oder einer optischen Vergrößerung oder einem Arbeitsabstand entsprechend zwischen der ersten Stromleitungsgruppe (50; 101-112) und der zweiten Stromleitungsgruppe (51; 21-32) umzuschalten.
7. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Leitungen der ersten Stromleitungsgruppe (50; 101-112) und die Anzahl der Leitungen der zweiten Stromleitungsgruppe (51; 21-32) jeweils ein Vielfaches von 4 oder ein Vielfaches von 6 ist, oder ein 4N-Pol-Feld oder ein 6M-Pol-Feld (N und M sind natürliche Zahlen) angeregt wird.
8. Aberrationskorrektor, umfassend: eine Öffnung, durch deren Mittelachse ein Elektronenstrahl verläuft; eine erste Stromleitungsgruppe (50; 101-112), die parallel zu einer optischen Achse (201) an einer Position angeordnet ist, die um einen ersten Radius (R1) von der Mittelachse getrennt ist, und ein erstes Mehrpolfeld anregt; und eine zweite Stromleitungsgruppe (51; 21-32), die parallel zur optischen Achse (201) an einer Position angeordnet ist, die um einen zweiten Radius (R2) getrennt ist, der länger als der erste Radius (R1) ist, und unabhängig ein zweites Mehrpolfeld anregt, dessen Ordnung und Stärke anders sind als die des ersten Mehrpolfelds, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitungsbreite je Pol einer Stromleitung, aus der die zweite Stromleitungsgruppe (51; 21-32) gebildet ist, die auf dem zweiten Radius (R2) liegt, der größer als der erste Radius (R1) ist, größer ist als eine Leitungsbreite je Pol einer Stromleitung, aus der die erste Stromleitungsgruppe (50; 101-112) gebildet ist.
9. Aberrationskorrektor nach Anspruch 8, wobei das erste Mehrpolfeld, das durch die erste Stromleitungsgruppe (50; 101-112) angeregt wird, die auf dem ersten Radius (R1) angeordnet ist, der kleiner als der zweite Radius (R2) ist, eine höhere Ordnung als das zweite Mehrpolfeld hat.

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