RU223066U1 - Электронно-оптическая система - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электронно- и ионно-оптического приборостроения и может быть использована в электронных и ионных микроскопах, электронно- и ионно-лучевых литографах. Электронно-оптическая система содержит электронную пушку с катодом, формирующую электронный пучок, двухъярусный дефлектор для отклонения электронного пучка и обеспечения его сканирования в плоскости фокусировки, формирующую линзу, фокусирующую электронный пучок. При этом, с целью уменьшения хроматической аберрации отклонения, между ярусами дефлектора расположены дополнительные электроды с различными электрическими потенциалами, которые, при прохождении через них, изменяют энергию электронного пучка. Технический результат заключается в уменьшении хроматической аберрации отклонения, что позволяет увеличить поле сканирования электронного пучка.

Description

Полезная модель относится к области электронно- и ионно-оптического приборостроения и может быть использована в электронных и ионных микроскопах, электронно- и ионно-лучевых литографах.

Известна электронно-оптическая система [1], выбранная в качестве прототипа, содержащая электронную пушку, двухъярусный дефлектор и формирующую линзу. Электронная пушка создает пучок заряженных частиц, который с помощью дефлекторов развёртывается в растр. Растр, в случае использования электронно-оптической системы в растровом электронном микроскопе, определяет поле сканирования электронного пучка на исследуемом образце. Формирующая линза фокусирует пучок в требуемой плоскости. Дефлектор содержит два яруса отклонения, отклоняющие электронный пучок в противоположных направлениях, что позволяет выбрать при отклонении точку прохождения электронного пучка в формирующей линзе.

Недостатком указанной электронно-оптической системы является большая хроматическая аберрация отклонения. Электроны электронного пучка, создаваемого электронной пушкой электронно-оптической системы, всегда имеют разброс по энергии. Величина разброса электронов по энергиям зависит в первую очередь от типа катода, применяемого в электронной пушке. Для термоэмиссионных катодов разброс эмитированных электронов по энергиям, как правило, превышает 1 эВ. Чувствительность дефлекторов, которые отклоняют электроны на заданный угол, зависит от энергии проходящих через него электронов. Поскольку электронный пучок содержит электроны с различной энергией, то при прохождении электронов через дефлектор, электроны с разной энергией будут отклоняться на разные углы, соответственно электроны с разными энергиями оказываются в различных точках плоскости фокусировки. Это явление приводит к увеличению размеров и размытию электронного пучка в плоскости фокусировки (хроматическому размытию электронного пучка). Чем больше угол отклонения, тем больше увеличивается размер электронного пучка вследствие хроматической аберрации отклонения. Поэтому аберрации ограничивают допустимое поле сканирования электронно-оптической системы. При отклонении на 2 градуса, расстояние между электронами с разницей в энергии в 1 эВ, в плоскости фокусировки, находящейся на расстоянии 3 мм от края формирующей линзы, может составлять более 20 нм.

Размеры поля сканирования определяются углами отклонения дефлектора. Чем больше угол отклонения электронов, тем больше поле сканирования. Однако, в то же самое время, чем больше угол отклонения, тем больше проявляются аберрации отклонения, в том числе, хроматическая аберрация отклонения. Увеличение аберраций отклонения приводит к тому, что диаметр электронного пучка становиться тем больше, чем больше угол отклонения и чем ближе электронный пучок к краю поля сканирования. Полезное поле сканирования определяется такими углами отклонения дефлектора, при которых диаметр электронного пучка не превышает требуемого значения на краях поля сканирования. Если электронно-оптическая система обладает меньшей хроматической аберрацией отклонения, то в ней, при прочих равных, диаметр электронного пучка на краю поля сканирования будет меньше требуемого значения. Таким образом, полезное поле сканирования в электронно-оптической системе с меньшей хроматической аберрацией отклонения может быть увеличено до таких размеров, при которых диаметр электронного пучка будет равен требуемому значению.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, состоит в создании электронно-оптической системы с низкой хроматической аберрацией отклонения.

Для решения данной задачи предлагается использовать двухъярусный дефлектор с дополнительными электродами, изменяющими энергию электронного пучка между ярусами дефлектора.

Технический результат заключается в уменьшении хроматической аберрации отклонения и увеличении полезного поля сканирования электронного пучка, при котором диаметр электронного пучка будет не превышать требуемое значение.

Сущность полезной модели поясняется на прилагаемых чертежах, где показана электронно-оптическая система.

ЭОС содержит электронную пушку 1 с катодом 2, двухъярусный дефлектор 3 с дополнительными электродами 4, выполненными с возможность изменения энергии электронного пучка, формирующую линзу 5, фокусирующую электронный пучок 6 в плоскости фокусировки 7.

В качестве дополнительных электродов могут быть использованы две соосные диафрагмы с круглыми отверстиями.

В отсутствие дополнительных электродов траектории электронов при отклонении показаны на фиг.1. В электронно-оптической системе электроны эмитируются катодом 2, и при помощи электронной пушки 1 формируется электронный пучок 6. Верхний ярус дефлектора 3 отклоняет электронный пучок. Далее пучок отклоняется в противоположную сторону вторым ярусом дефлектора и фокусируется формирующей линзой 5 в плоскости фокусировки 7.

При прохождении электронным пучком отклоняющего поля верхнего яруса дефлектора 3, электроны отклоняться на разные углы, в зависимости от энергии. Электроны с меньшими энергиями отклоняться на больший угол и наоборот, электроны с большими энергиями отклоняться на меньший угол, поскольку чувствительность отклонения дефлектора обратно пропорциональна энергии электронного пучка. При прохождении нижнего яруса дефлектора, электроны отклоняться в противоположную сторону, при этом образуется расходящийся пучок электронов, при этом, чем больше энергетический разброс, тем больше хроматическое размытие электронного пучка. Величины углов отклонения дефлектора определяют полезное поле сканирования, при котором диаметр электронного пучка не превышает требуемого значения. При увеличении углов отклонения происходит увеличение поля сканирования, однако происходящее при этом увеличение хроматического размытия электронного пучка, вызванное хроматической аберрацией отклонения, приводит к увеличению диаметра электронного пучка, превышающему требуемое значение. Поэтому хроматическая аберрация отклонения ограничивает размер полезного поля сканирования.

При наличии дополнительных электродов, траектории электронов показаны на фиг. 2.

При прохождении электронного пучка отклоняющего поля верхнего яруса дефлектора 3, электроны также отклоняться на разные углы, в зависимости от энергии. Далее электронный пучок проходит область действия поля дополнительных электродов 4, которые изменяют энергию электронного пучка на величину eΔU. Энергия электронов изменяется за счет приложения между дополнительными электродами напряжения ΔU. Далее электроны попадают под разными углами в область действия отклоняющего поля нижнего яруса дефлектора и отклоняются в противоположном направлении. Поскольку энергия электронного пучка изменяется при прохождении дополнительных электродов, чувствительность нижнего яруса дефлектора меняется соответственно изменению энергии пучка. При определенных значениях величины ΔU, можно добиться такой чувствительности отклонения нижнего яруса, при которой траектории электронов с разными энергиями пересекутся в одной точке. Это точку располагают в плоскости фокусировки 7 формирующей линзы 5. Таким образом, происходит уменьшение хроматического размытия электронного пучка в плоскости фокусировки 7. Для обеспечения условий, при которых происходит коррекция хроматического размытия пучка, отклоняющее напряжение нижнего яруса дефлектора должно удовлетворять соотношению V₂=V₁(U+ΔU)/U, где V1 - отклоняющее напряжение верхнего яруса дефлектора U - энергия электронного пучка, ΔU - напряжение межу дополнительными электродами.

Поскольку в указанном случае происходит уменьшение хроматической аберрации отклонения, диаметр электронного пучка на краях поля сканирования уменьшается, и становиться меньше требуемого значения. Это позволяет увеличить углы отклонения дефлектора и, соответственно, полезное поле сканирования до таких размеров, при которых диаметр пучка не превышает заданного значения.

Прототип электронно-оптической системы с коррекцией хроматического размытия применяется в компактном растровом электронном микроскопе и показывает работоспособность устройства.

1. T. Ok, D.W.Kim, S. Ahn, H.S. Kim Improved design of 5 nm class electron optical microcolumn for manufacturing convenience and its characteristics // Journal of Vacuum Science & Technology A Vacuum Surfaces and Films. 2013. Vol. 31(6), 061601.

Claims (1)

1. Электронно-оптическая система, содержащая электронную пушку, двухъярусный дефлектор и формирующую линзу, отличающаяся тем, что между ярусами дефлектора расположены дополнительные электроды, выполненные с возможностью изменения энергии электронного пучка при прохождении через них, при этом отклоняющее напряжение нижнего яруса дефлектора должно удовлетворять соотношению V2=V1(U+ΔU)/U, где V1 - отклоняющее напряжение верхнего яруса дефлектора, U - энергия электронного пучка, ΔU - напряжение межу дополнительными электродами.