DE1912235B1

DE1912235B1 - Corpuscular beam device with a deflection system and a stigmator

Info

Publication number: DE1912235B1
Application number: DE19691912235
Authority: DE
Inventors: Anger Dipl-Ing Klaus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-03-05
Filing date: 1969-03-05
Publication date: 1970-03-19
Also published as: GB1302886A; NL7000299A; FR2037602A5

Description

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Die Erfindung betrifft ein Korpuskularstrahlgerät mators können, da sie aus korpuskularstrahloptischen mit Einrichtungen zur Beseitigung von Ablenkfehlern, Gründen einen Winkel von jeweils 45° mit den Paaenthaltend ein aus Paaren einander bezüglich des ren von Ablenkmitteln einschließen, in den Zwischen-Korpuskularstrahles diametral gegenüberliegender räumen zwischen einander benachbarten Ablenkmit-Ablenkmittel bestehendes Ablenksystem sowie einen 5 teln angeordnet sein. Es ist auch möglich, einen Spu-Stigmator mit Paaren sich ebenfalls bezüglich des lenträger für die Ablenlcmittel so auszubilden, daß er Strahles diametral gegenüberliegender felderzeugen- gleichzeitig als Spulenträger für die dann ebenfalls der Mittel zur Kompensation des Ablenkastigmatis- als Spulen ausgebildeten felderzeugenden Mittel des mus. Stigmators dient.The invention relates to a corpuscular beam device can mators, since it consists of corpuscular beam optics with means for eliminating deflection errors, grounds containing an angle of 45 ° each with the paa one of pairs including one another with respect to the ren of deflection means in the inter-corpuscular beam diametrically opposed spaces between adjacent deflector-co-deflector means existing deflection system as well as a 5 teln be arranged. It is also possible to use a spu stigmator to train with pairs also with regard to the carrier for the deflection means so that he Beams of diametrically opposed fields generate at the same time as a coil carrier for the then also the means for compensating the deflection castigmatism formed as coils field-generating means of the mus. Stigmators serves.

Bekanntlich rufen derartige Ablenksysteme Ab- io Bei dieser Ausbildung der Stigmatormittel kann die lenkfehler hervor, die sich durch einen Astigmatismus Anordnung so erfolgen, daß die Stigmatorspulen ein-(Fleckverzerrung) und durch Verzeichnung (Auswan- ander zugekehrte Bereiche sich jeweils benachbarter derung des Strahles) bemerkbar machen. Betrachtet Ablenlcmittel umschließen. Diese Ablenkmittel könman beispielsweise die in Fig. 1 schematisch darge- nen dabei an sich bekannte elektrostatische Platten stellte Anordnung mit einem zweistufigen Ablenk- 15 oder ebenfalls Spulen sein. Es sei bemerkt, daß system, das in zwei Ebenen jeweils ein Paar von Ab- grundsätzlich im Rahmen der Erfindung auch für die lenkspulen 1, 2 und 3, 4 enthält, die so angeordnet felderzeugenden Mittel des Stigmators elektrostasind, daß sie den Korpuskularstrahl 5 in einer die tische Ablenkplatten Verwendung finden können. Es Achse 6 des Gerätes enthaltenden Ebene ablenken, ist auch möglich, die Ablenkmittel einerseits sowie so wirkt sich die Verzeichnung darin aus, daß der 20 die felderzeugenden Mittel des Stigmators anderer-Strahl nicht auf die Achse 6 im Bereich der Ebene seits aus unterschiedlichen Elementen, d. h. teils aus des Präparates, d. h. nicht auf den gewünschten Spulen, teils aus Platten, aufzubauen.
Punkt 7, auftrifft, sondern daß eine vom Ablenkwin- Es hat sich als besonders günstig erwiesen, bei Ver-As is well known, such deflection systems call Ab-. to make noticable. Consider enclosing laxatives. These deflection means can be, for example, the electrostatic plate arrangement with a two-stage deflection 15, which is shown schematically in FIG. 1, or also coils. It should be noted that the system, which in two planes each contains a pair of Ab- basically within the scope of the invention also for the steering coils 1, 2 and 3, 4, the field-generating means of the stigmator are electrostasind arranged so that they the corpuscular beam 5 in one of the table baffles can be used. It is also possible to deflect the plane containing axis 6 of the device, the deflection means on the one hand and so the distortion has the effect that the 20 the field-generating means of the stigmator of the other beam does not affect the axis 6 in the area of the plane on the other hand from different elements, ie partly from the preparation, ie not to be built on the desired coils, partly from plates.
Point 7, applies, but that one of the deflection

kel α abhängige Strahlauswanderung auftritt, die durch wendung von Spulen für die felderzeugenden Mittel den unterbrochen gezeichneten Strahl 8 angedeutet 25 des Stigmators diesen Spulen einen Erregerstrom zuist. Weiterhin ergibt sich ein Fehler durch das Ab- zuführen, der linear oder quadratisch proportional lenksystem insofern, als der in Strahlrichtung vor dem Erregerstrom der Ablenkspulen ist.
dem Ablenksystem kreisrunde Querschnitt des Strah- Auch zur Korrektur der Verzeichnung ist es zweck-kel α dependent beam migration occurs, which is indicated by the use of coils for the field-generating means, the interrupted beam 8 indicated 25 of the stigmator to these coils an excitation current. Furthermore, there is an error due to the dissipation, the linear or quadratic proportional steering system insofar as that in the beam direction is in front of the excitation current of the deflection coils.
The deflection system has a circular cross-section of the beam. It is also useful to correct the distortion

les 5 beim Auftreffen auf das Präparat verzerrt ist, mäßig, von der Erregung der Ablenkmittel eine hier also ein Astigmatismus vorliegt. 30 der zweiten oder dritten Potenz der Erregung pro-les 5 is distorted, moderately, from the excitation of the deflecting means one here when hitting the specimen so there is an astigmatism. 30 of the second or third power of arousal pro-

Zur Beseitigung der Ablenkfehler von Ablenksyste- portionale Größe abzuleiten und den Abgleich der men ist es beispielsweise- aus der USA.-Patentschrift Erregungen der in verschiedenen Stufen angeordne-3 371 206 bekannt, in Strahlrichtung vor dem Ab- ten, der Ablenkung des Strahles in derselben Ebene lenksystem einen Kompensator vorzusehen, der in- dienenden Ablenkmittel entsprechend dieser Potenz folge Erzeugung eines geeigneten Korrekturfeldes 35 des jeweiligen Wertes der Erregung vorzunehmen.
Vorformungen des Strahlquerschnittes kompensiert. Die Stigmatorelemente kann man bei einem mehr-To eliminate the deflection errors from deflection system-proportional size and the comparison of the men, it is known, for example, from the USA patent specification excitations of the 3 371 206 arranged in different stages, in the direction of the beam before the deflection, the deflection of the beam in The same plane steering system to provide a compensator, the serving deflecting means to produce a suitable correction field 35 of the respective value of the excitation in accordance with this power sequence.
Preforms of the beam cross-section compensated. The stigmator elements can be used in a multi-

Dieser Kompensator stellt also ein von dem Ablenk- stufigen Ablenksystem in jeder der Ebenen der Stusystem unabhängiges Bauteil dar, das in Strahlrich- fen anordnen; besonders zweckmäßig ist es, lediglich tung vor dam Ablenksystem angeordnet ist und dem- die in Strahlrichtung erste Stufe mit den felderzeugemäß die Höhe des Gerätes vergrößert. Gerade bei 40 genden Mitteln des Stigmators zu bestücken. Dies ist der modernen Entwicklung ist man aber nicht nur deshalb besonders sinnvoll, weil der Strahl in dieser aus Platzgründen, sondern auch aus korpuskular- Stufe praktisch noch paraxial verläuft,
strahloptischen Überlegungen daran interessiert, hin- Die F i g. 2 bis 5 dienen zur Erläuterung der Erfin-This compensator thus represents a component which is independent of the deflection stage deflection system in each of the levels of the control system and which is arranged in beam lines; It is particularly expedient to only arrange the device in front of the deflection system and to increase the height of the device in accordance with the first stage in the beam direction with the field generators. To be filled especially with 40 lowing means of the stigmator. This is the modern development but it is not only particularly useful because the beam in this is practically paraxial for reasons of space, but also from the corpuscular level,
Optical considerations interested in going back The F i g. 2 to 5 serve to explain the invention

sichtlich der Festlegung der Abmessungen zwischen dung. Dabei stellt F i g. 2 eine in Strahlrichtung gedem Strahlerzeuger bzw. der Kondensorlinse einer- 45 sehene Aufsicht, teilweise im Schnitt, einer Ablenkseits und dem Präparat 'andererseits möglichst frei stufe mit einem Stigmator nach der erfindungsgemävon konstruktiv bedingten Forderungen zu sein. ßen Konstruktion dar, F i g. 3 gibt in einem Dia-clearly defining the dimensions between manure. F i g. 2 one in the direction of the beam Beam generator or the condenser lens in a top view, partly in section, of a deflecting side and the preparation, on the other hand, as freely as possible with a stigmator according to the invention constructive demands to be. ßen construction, F i g. 3 gives in a slide

Dem wird bei einem Korpuskularstrahlgerät, ins- gramm die kompensierende Wirkung des Stigmators besondere einem Elektronen- oder Ionenmikroskop, in Abhängigkeit von seiner Erregung wieder, wähder oben bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch go rend F i g. 4 eine Schaltung zum Ausgleich der Ver-Rechnung getragen, daß das Ablenksystem in einer zeichnung und Fig. 5 die Fig. 3 entsprechende Ebene zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Darstellung der Abhängigkeit der Verzeichnungskor-Paare von Äblenkmitteln und der Stigmator zwei in rektur von der Erregung wiedergibt,
derselben Ebene ebenfalls rechtwinklig zueinander, In dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. 2 bestehtIn the case of a corpuscular beam device, especially the compensating effect of the stigmator, in particular an electron or ion microscope, depending on its excitation, according to the invention, this is achieved again according to the above-mentioned type. 4 shows a circuit to compensate for the fact that the deflection system is shown in a drawing and FIG. 5 shows the plane corresponding to FIG ,
the same plane also at right angles to one another, In the embodiment according to Fi g. 2 exists

aber mit den Paaren von Ablenkmitteln Winkel von 55 das Ablenksystem wiederum aus zwei Paaren von 45° bildend angeordnete Systeme aus je zwei Paaren Ablenkspulen 10, 11 und 12, 13, die auf einen Spuvon felderzeugenden Mitteln enthält. lenkörper 14 gewickelt sind. Dieser Spulenkörperbut with the pairs of deflection means angles of 55 the deflection system again consists of two pairs of Systems arranged to form 45 °, each consisting of two pairs of deflection coils 10, 11 and 12, 13, which on a Spuvon contains field-generating means. steering body 14 are wound. This bobbin

Bei der Erfindung liegen also sowohl die Ablenk- kann aus einem später vergießbaren Kunststoff oder mittel als auch die Elemente des Stigmators in einer gut wärmeleitendem Metall, z. B. Aluminium, vor-Ebene, so daß zusätzlicher Platz gespart wird und die 60 gefertigt sein.In the invention, both the deflecting can be made of a later cast plastic or medium as well as the elements of the stigmator in a highly thermally conductive metal, e.g. B. aluminum, front plane, so that additional space is saved and the 60 can be manufactured.

Ablenkmittel sowie die felderzeugenden Mittel des Die beiden Spulenpaare 10, 11 und 12, 13 dienenThe two pairs of coils 10, 11 and 12, 13 are used for deflection and the field-generating means

Stigmators gegebenenfalls zu einem einzigen, in das also dazu, den Strahl in zwei zueinander senkrechten Gerät einsetzbaren Bauteil vereinigt werden können. Richtungen abzulenken. Zur Kompensation des Her-So kann es zweckmäßig sein, die in einer Ebene an- bei entstehenden Astigmatismus dient ein Stigmator, geordneten Paare von Äblenkmitteln und felderzeu- 65 der zwei Systeme aus je zwei Paaren sich diametral genden Mitteln des Stigmators zu einem gemeinsa- gegenüberliegender Spulen 15, 16 und 17, 18 sowie men Bauteil zu vergießen. 15', 16' und 17', 18' enthält. Es müssen jeweils zweiStigmators possibly to a single, that is to say, the beam in two mutually perpendicular Device usable component can be combined. Divert directions. To compensate for the her-so it can be useful to use a stigmator for the astigmatism that arises in one plane, orderly pairs of deflecting agents and field generators 65 of the two systems of two pairs each are diametrically opposed lowing means of the stigmator to a common opposite coils 15, 16 and 17, 18 as well men component to be cast. Contains 15 ', 16' and 17 ', 18'. There have to be two

Die Paare von felderzeugenden Mitteln des Stig- Paare von Stigmatorelementen mit zusammenfallen-The pairs of field-generating means of the stig- pairs of stigmator elements with coincident-

den Achsen vorhanden sein, damit die Kompensation eines beliebig gerichteten Astigmatismus möglich ist. Man hat also eine bezüglich der Strahldurchtrittsöffnung 19 im Spulenkörper 14 rotationssymmetrische Anordnung von Spulen.the axes must be present so that the compensation of any directional astigmatism is possible. So one has a rotationally symmetrical one with respect to the beam passage opening 19 in the coil body 14 Arrangement of coils.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Stigmatorspulen 15 bis 18 sowie 15' bis 18' auf dem Spulenkörper so angeordnet, daß jede von ihnen die einander zugekehrten Bereiche von jeweils zwei einander benachbarten Ablenkspulen umschlingt. Bei dieser Ausführungsform ist es zweckmäßig, die Stigmatorspulen vor ihrem Aufbringen auf den Spulenkörper 14 bereits fertig herzustellen. Im Anschluß daran kann die' gesamte Anordnung zu einer etwa scheibenförmigen Baueinheit vergossen und in das Gerät eingesetzt werden. Wie F i g. 2 deutlich erkennen läßt, ' ist durch die Erfindung der vorhandene Platz insofern besonders günstig ausgenutzt, als praktisch nur die Zwischenräume zwischen den einzelnen Ablenkspulen bzw. ohnehin vorhandenen Vorsprüngen am Spulenkörper 14 für die Unterbringung der Stigmatorspulen ausgenutzt sind. Verständlicherweise ist dies bei Sicherstellung einer entsprechenden elektrischen Isolation auch dann möglich, wenn die Ablenkspulen durch elektrostatische Ablenkplatten ersetzt sind.As can be seen from FIG. 2, the stigmator coils 15 to 18 and 15 'to 18' are on the bobbin arranged so that each of them the facing areas of two each other wraps around adjacent deflection coils. In this embodiment it is expedient to use the stigmator coils ready to be produced before it is applied to the bobbin 14. Following that can the 'entire arrangement to an approximately disc-shaped Potted assembly and inserted into the device. Like F i g. 2 clearly shows, ' the present space is used particularly favorably by the invention, as practically only the Gaps between the individual deflection coils or projections on the coil body that are already present 14 are used to accommodate the stigmator coils. Understandably this is If appropriate electrical insulation is ensured, this is also possible if the deflection coils are replaced by electrostatic baffles.

F i g. 3 zeigt den Astigmatismus A in Abhängigkeit von der Erregung u des Ablenksystems und des Stigmators. Die Kurve α veranschaulicht den Ablenkastigmatismus, der bei Fehlen bzw. Abschalten des Stigmators vorliegen würde. Sofern den in F i g. 2 mit 15, 16, 15', 16' bzw. 17, 18, 17', 18' bezeichneten Stigmatorspulen ein Erregerstrom zugeführt wird, der linear proportional der Erregung der Ablenkspulen ist, ergibt sich eine durch die Kurve b veranschaulichte Wirkung des Stigmators für sich allein, und der Astigmatismus der aus Ablenksystem und Stigmator bestehenden Anordnung folgt Kurve c. Dagegen ergibt sich eine vollständige Kompensation des Astigmatismus, wenn man durch Gewinnung einer dem Quadrat der Erregung der Ablenkspulen proportionalen Erregung des Stigmators dafür sorgt, daß der Stigmator für sich allein einen Astigmatismus entsprechend Kurve d erzeugt; in diesem Falle verläuft die entsprechende Kurve der zusammengesetzten Anordnung längs der Geraden^ = 0.F i g. 3 shows the astigmatism A as a function of the excitation u of the deflection system and of the stigmator. The curve α illustrates the deflection castigmatism that would exist if the stigmator were absent or switched off. If the in F i g. 2 with 15, 16, 15 ', 16' or 17, 18, 17 ', 18' designated stigmator coils is supplied with an excitation current which is linearly proportional to the excitation of the deflection coils, results in an effect of the stigmator for illustrated by curve b alone, and the astigmatism of the arrangement consisting of the deflection system and stigmator follows curve c. On the other hand, the astigmatism is completely compensated if, by obtaining an excitation of the stigmator proportional to the square of the excitation of the deflection coils, one ensures that the stigmator alone generates an astigmatism corresponding to curve d ; in this case the corresponding curve of the composite arrangement runs along the straight line ^ = 0.

In Fig. 4 ist schematisch diejenige Speisung des Stigmators und der Ablenkspule angedeutet, bei der sowohl der Astigmatismus als auch die Verzeichnung kompensiert sind. Die in zwei in Strahlrichtung hintereinander liegenden und der Ablenkung in derselben Ebene dienenden Ablenkspulenpaare sind mit 20 und 21, die Stigmatorspulen mit 22 bezeichnet. Von der Erregung u wird mittels einer geeigneten Schaltung 23 eine ihrem Quadrat proportionale Größe gebildet, die zur Speisung des Stigmators 22 dient. Von derselben Erregung u wird in einer weiteren Schalteinheit 24 eine ihrer dritten Potenz proportionale Größe abgeleitet, die zum Feinabgleich der Erregung der Ablenkspulen 20 und 21 dient. Wie sich gezeigt hat, genügt nämlich bei größeren Ablenkwinkein ein linearer Abgleich mittels des Potentiometers 25 nicht mehr, um den Strahl stets auf einen bestimmten, in F i g. 1 mit 7 bezeichneten Punkt zu lenken.In Fig. 4 that feed of the stigmator and the deflection coil is indicated schematically in which both the astigmatism and the distortion are compensated. The pairs of deflection coils located one behind the other in the direction of the beam and serving for deflection in the same plane are denoted by 20 and 21, and the stigmator coils are denoted by 22. A variable proportional to its square is formed from the excitation u by means of a suitable circuit 23 and is used to feed the stigmator 22. From the same excitation u , a variable proportional to its third power is derived in a further switching unit 24, which is used to fine-tune the excitation of the deflection coils 20 and 21. As has been shown, in the case of larger deflection angles, a linear adjustment by means of the potentiometer 25 is no longer sufficient in order to always focus the beam on a specific one shown in FIG. 1 point marked 7 to steer.

In F i g. 5 ist die Verzeichnung V in Abhängigkeit von der Erregung u des Ablenksystems angegeben. Ohne Abgleich ergibt sich ein Verlauf der Ablenkverzeichnung gemäß Kurve e. Bei quadratischer Korrektur wird eine zusätzliche Verzeichnung gemäß Kurve / erzeugt, so daß eine Restverzeichnung gemäß Kurve g übrigbleibt. Erst bei Abgleich mit einer der dritten Potenz der Erregung u proportionalen Größe ist die dadurch erzeugte kompensierende Verzeichnung entsprechend Kurve h so groß, daß die verbleibende Gesamtverzeichnung den Wert O hat.In Fig. 5 shows the distortion V as a function of the excitation u of the deflection system. Without adjustment, there is a course of the deflection distortion according to curve e. In the case of quadratic correction, an additional distortion according to curve / is generated, so that a residual distortion according to curve g remains. Only when compared with a magnitude proportional to the third power of the excitation u is the compensating distortion produced in accordance with curve h so large that the remaining total distortion has the value O.

Claims

Patent claims:

1. Corpuscular beam device with devices for eliminating deflection errors, containing a deflecting means made of pairs of diametrically opposite one another with respect to the corpuscular beam existing distraction system as well as a stigmator with couples also regarding the Beam of diametrically opposed field-generating means to compensate for the deflection castigmatism, characterized in that the deflection system has two pairs of deflection means arranged at right angles to one another in one plane and the stigmator two in the same plane also at right angles to each other, but with Systems of two pairs each arranged to form an angle of 45 ° for the pairs of deflection means of field-generating agents.

2. corpuscular beam device according to claim 1, characterized in that in a multi-stage Deflection system are arranged in the plane of each stage field-generating means of the stigmator.

3. Corpuscular beam device after. Claim 1, characterized in that in a multi-stage Deflection system only in the plane of the field-generating means in the first stage in the direction of the beam of the stigmator are arranged.

4. Corpuscular beam device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the Pairs of deflection means and field-generating means arranged in one plane to form a common Component are cast.

5. corpuscular beam device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the The field-generating means of the stigmator are coils, the areas facing each other, respectively Enclose adjacent deflection means.

6. corpuscular beam device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the field-generating means of the stigmator and the deflection means are coils, and that the stigmator coils an excitation current is supplied which is linearly or quadratically proportional to the excitation current the deflection coils is.

7. corpuscular beam device according to one of claims 1 to 6, characterized in that at a two-stage deflection system with deflection means present in each stage for deflection In the same plane for the purpose of distortion compensation, an adjustment of the excitations of this Coiling takes place which is proportional to the second or third power of the respective value of the excitation is.

1 sheet of drawings