DE2440344B2

DE2440344B2 - Elektronenlinsensystem und verfahren zum betrieb

Info

Publication number: DE2440344B2
Application number: DE19742440344
Authority: DE
Inventors: Yoshiyasu; Someya Teruo; Tokio Harada
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1973-09-03
Filing date: 1974-08-22
Publication date: 1976-09-30
Also published as: US3952198A; DE2440344C3; FR2246058A1; GB1463748A; FR2246058B1; DE2440344A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronenlinsensystem mit mehreren abüildenden Vierpolelementen und gegebenenfalls mehreren Achtpolelementen zur Korrektur der sphärischen Aberrationen der Vierpolelemente und mit wenigstens einer gegebenenfalls an der Einlaßseite der aus den Vierpol- und gegebenenfalls Achtpolelementen bestehenden Anordnung angeordneten rotationssymmetrischen Linse.

Ein derartiges Elektronenlinsensystem ist bekannt (US-Patentschrift 29 19 381). Dieses bekannte Elektronenlinsensystem besteht aus einer rotationssymmetrischen Objektivlinse und einer daran anschließenden Projektionslinse. Die Projektionslinse ist aus mehreren Vierpolelementen und mehreren Achtpolelementen zusammengesetzt, wobei die Achtpolelemente zur Korrektur der sphärischen Aberration der Vierpolelemente vorgesehen sind.

In Elektronenstrahlgeräten, die einen abtastenden Elektronenstrahl verwenden, wie beispielsweise einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Röntgenstrahlmikroanalysiergerät, ist man bestrebt, den Durchmesser des Elektronenstrahles bei der Abtastung zu verringern und die Stromstärke des abtastenden Elektronenstrahles zu erhöhen.

Dies läßt sich in der Praxis aufgrund des Auftretens von sphärischen Aberrationen nur schwierig durchführen. Aus »Journal of Applied Physics« Band 38, 1967, Nr. 11, Seiten 4257 bis 4266, ist es bei einem Rasterelektronenmikroskop bekannt, zur Erzeugung des das Objekt abtastenden Elektronenstrahls mit geringem Durchmesser mehrere Vierpolelemente und zur Korrektur von deren sphärischer Aberration drei Achtpolelemente zu verwenden.

Beim Betrieb der bekannten Linsensysteme ergeben sich dahingehend Schwierigkeiten, daß bei Änderung der Brennweite der Linse die Erregerströme der Vierpolelemente stark verändert werden müssen. Wenn ferromagnetische Substanzen als Spulenkörper für die Vierpolelemente verwendet werden, ergeben sich zwangläufig wiederum Aberrationen, optische Nacheilungen und dergleichen aufgrund der Hysterese der magnetischen Substanz. Verwendet man eisenfreie ίο Spulen, dann benötigt man jedoch Erzeugungsstromstärken vom Vier- bis Fünffachen derjenigen, welche für Spulen mit Eisenkern benötigt werden. Um Überhitzungen zu vermeiden, benötigt man dann ein zusätzliches Kühlsystem.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Elektronenlinsensystem der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Brennweite des Systems ohne Schwierigkeiten bei der Korrektur der sphärischen Aberration geändert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei dem Elektronenlinsensystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die rotationssymmetrische Linse bzw. Linsen an der Einlaß- und/oder Auslaßseite der aus den Vierpol- und gegebenenfalls Achtpolelementen bestehenden Anordnung so angeordnet und ausgebildet ist bzw. sind, daß durch sie die Brennweite des Systems geändert werden kann.

Vorteilhaft ist bei der erfindung noch, daß die sphärische Aberration ohne Nacheilung in der optisehen Achse korrigiert werden kann.

In den Figuren sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Erfindung soll an Hand dieser Ausführungsbeispiele noch näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schnittbildliche Ansicht eines Elektronenlinsensystems aus vier Vierpolelementen und drei Achtpolelementen,

Fig. 2 und 3 Querschnitte entlang der Linien A-A' und ß-ß'im Linsensystem der F i g. 1, F i g. 4 eine Kurvendarstellung des Strahlverlaufes des Elektronenstrahles im Linsensystem der F i g. 1,

F i g. 5, 6 und 7, 8 schematische Ansichten von Ausführungsbeispielen der Erfindung.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind Vierpolelemente dargestellt, welche aus Erregerspulen 1A, i B, 1 Cund 1D sowie aus Magnetspulenkörpern la, 16, Ic und Ic/ bestehen, um die die Erregerspulen gewickelt sind.

Diese Vierpolelemente können so erregt werden, daß sie an sich gegenüberliegenden Polen die gleiche Polarität aufweisen, wie das in der F i g. 2 dargestellt ist.

Wenn man auf diese Weise verfährt, ergeben sich Strahlenbahnen des Elektronenstrahles Exz, welche auf die XZ-Ebene projiziert sind und eine Strahlenbahn des Elektronenstrahles Eyz, welche auf die VZ-Ebene projiziert ist, wie das in der Fig.4 dargestellt ist.

Demgemäß wird der Strahlenverlauf innerhalb der Vierpolelemente so gesteuert, daß alle Strahlenverläufe der Elektronen, vom gleichen Objektpunkl 2 ausgehend, ein Bild in der gleichen Brennpunktlage 3 bilden.

Darüber hinaus kann die sphärische Aberration der Linse durch Steuerung des Magnetfeldes, das von 3 Achtpolelementen herrührt, korrigiert werden. Diese Achtpolelemente sind ebenfalls axial angeordnet und bestehen aus Erregerspulen 4/4, 4B und AC, die um Magnetspulenkörper 4a, 4ö und 4c gewickelt sind. Die entsprechenden Achtpolelemente werden so erregt, daß die Pole, wenn sie entgegen dem Uhrzeigersinn gezählt werden, d. h. in der Reihenfolge a, b, c, d, e, f, g, h,

abwechselnd als Nord- bzw. Südpol gepolt sind, wie das in der F i g. 3 dargestellt ist.

Obgleich, wie schon erwähnt, es in der Theorie möglich ist, die sphärische Abe; ration durch das im vorstehenden beschriebene Linsensystem zu korrigieren, erweist es sich jedoch in der Praxis als etwas fragwürdig.

Die Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem eine schwache axial symmetrische Linse 6 an der Strahlauslaßseite der Anordnung 5 in der F i g. 1 vorgesehen ist. Die Brennweite bei diesem Ausführungsbeispiel kann durch Einstellen des Erregerstromes der Linse 6 verändert werden. Auch die Achtpolelemente können so gesteuert werden, daß sie die Summe der sphärischen Aberrationen, der Vierpolelemente und der Linse 6 aufheben. Bei diesem AusführungsbeispieJ ist es beinahe nicht mehr notwendig, die Erregung der Vierpolelemente und der Achtpolelemente zu ändern, wenn man die Brennweite ändern will. Hierdurch vereinfacht sich die Steuerung derselben.

Um eine nur schwache Linsenfunktion und einen einfachen Aufbau zu erhalten, ist die axial symmetrische Linse, welche in der F i g. 5 dargestellt ist, eine eisenfreie Zylinderspule. Der Gebrauch derselben ist sehr wirkungsvoll, da sie keine Hysterese-Effekte aufweist. Ferner kann die Kühlung der Linse im Vergleich zu den Vierpollinsenanordnungen einfach durchgeführt werden. Bei dem Ausführungsbeispie! in der Fi g. 6 ist eine axial symmetrische Linse 7 an der Strahleinlaßseite der Anordnung 5 vorgesehen. Die Brennweite der Anordnung 5 kann ebenfalls durch Einstellung des Erregerstromes der Linse 7 geändert werden. Darüber hinaus kann der Elektronenstrahl, der in die Anordnung 5 geschickt wird, so gesteuert werden, daß er durch einen Bei eich hindurchgelangt, der nahe der optischen Achse liegt. Dies erfolgt mittels der Linse 7, wodurch die sphärische Aberration verringert wird. Die Korrektur der Aberration kann daher äußerst wirkungsvoll durchgeführt werden.

Die F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der Zylinderlinser. 9 und 10 an der Strahleinlaßseite und an der Strahlauslaßseite einer Linsenanordnung 8, welche aus Vierpol- und Achtpolelementen zusammengesetzt ist, angeordnet sind. Die Linse 9 bestimmt die Richtung des einfallenden Elektronenstrahles und die Linse 10 stellt die Brennweite frei hiervon ein. Demgemäß wird der Verlauf des Elektronenstrahles durch diese beiden Linsen eingestellt. Hierdurch wird eine komplizierte Einstellung der Vierpollinsenanordnung vermieden. Das bedeutet, daß es ausreicht, lediglich eine Vierpollinsenanordnung zu verwenden, um den Bahnverlauf des hindurchtretenden Elektronenstrahles axial symmetrisch zu machen. Demgemäß kann die Anordnung 8 mittels eines festgelegten bestimmten Erregerstromes betrieben werden. Da darüber hinaus in der Vierpollinsenanordnung der Elektronenstrahl immer durch einen Bereich hindurchtritt, der nahe der optischen Achse liegt, was aufgrund der Wirkung der Linse 9 erfolgt, kann man eine ausreichende Linsenstärke durch einen schwachen Erregerstrom erreichen. Da dies der Fall ist, kann man nichtmagnetische Spulenkörper für die Achtpollinsen verwenden und die Spulen der Vierpolelemente können um die gleichen Spulenkörper gewickelt sein, so daß sie die Vierpollinsenspulen überlappen. Die Linsenanordnung 8, welche in der F i g. 7 dargestellt ist, ist wie oben beschrieben zusammengesetzt. Es sind acht nichtmagnetische Spulenkörper axial asymmetrisch zur optischen Achse Z, in vier Stufen 11a, Wb, lic und Wd, entlang der optischen Achse Zangeordnet.

Die Fig.8 zeigt einen Querschnitt längs der Linie C-C in der Fig. 7. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß die Achtpolelemente um die Spulenkörper a, b, c, d,e,f,g und h gewickelt sind, so daß die entsprechenden Magnetpole abwechselnd als N- und S-PoIe gepolt sind. Die Vierpolelemente sind um die Spulenkörper so herumgewickelt, daß sie die im vorstehenden erwähnten Elemente überlappen. Die Vierpolelemente sind dabei so gewickelt, daß sie die gleichen magnetischen Pole in entsprechenden Paaren, d. h. a und b, cund d, eund /"und g und h bilden. Die Magnetpole der entsprechenden Paare s>nd abwechselnd als N- und S-PoIe gepolt. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Vierpollinsenanordnung und die Achtpolelemente unabhängig voneinander gesteuert werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronenlinsensystem mit mehreren abbildenden Vierpolelementen und gegebenenfalls mehreren Achtpolelementen zur Korrektur der sphärischen Aberrationen der Vierpolelemente und mit wenigstens einer gegebenenfalls an der Einlaßseite der aus den Vierpol- und gegebenenfalls Achtpolelementen bestehenden Anordnung angeordneten rotationssymmetrischen Linse, dadurch gekennzeichnet, daß die rotationssymmetrische Linse bzw. Linsen (6, 7, 9, 10) an der Einlaß- und/oder Auslaßseite der aus den Vierpol- und gegebenenfalls Achlpolelementen bestehenden Anordnung (5,8) so angeordnet und ausgebildet ist bzw. sind, daß durch sie die Brennweite des Systems geändert werden kann.

2. Elektronenlinsensystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei rotationssymmetrische Linsen (9,10), welche an der Einlaß- und Auslaßseite der aus den Vierpol- und gegebenenfalls Achtpolelementen bestehenden Anordnung (8) angeordnet sind (Fig. 7).

3. Verfahren zum Betrieb eines Elektronenlinsensystems nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom einer der rotationssymmetrischen Linsen (9 bzw. 10) festgelegt ist und der Erregerstrom der anderen rotationssymmetrischen Linse zur Einstellung der Brennweite des Systems eingestellt wird.