專利名稱：用于粒子光學透鏡的軸向像差的校正器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于校正粒子光學透鏡的軸向像差的校正器，將用帶電粒子射束來照 射該校正器，該校正器包括
用于產(chǎn)生第一六極場的第一多極， 用于產(chǎn)生第二六極場的第二多極，
用于將第一多極成像在第二多極上且用于在所述多極之間形成射束交叉點的光學 系統(tǒng)；以及
所述光學系統(tǒng)的放大倍率是負的。本發(fā)明還涉及裝配有此類校正器的裝置和此類裝置的使用。從描述所謂的Rose校正器的美國專利No. 5，084，622已知此類校正器。
背景技術(shù)：
諸如電子顯微鏡或電子平版印刷裝置的粒子光學裝置被布置為用帶電粒子束(通 常為電子束或離子束)照射待成像或待處理的對象，所述帶電粒子束是借助于諸如熱電子 源、場致發(fā)射型電子源、液體金屬離子源、等離子體離子源的粒子源產(chǎn)生的。對象照射的目 的可以是但不限于對對象進行成像(電子顯微鏡中的樣本檢查)、在對象上形成非常小的結(jié) 構(gòu)(用例如聚焦離子束進行微機械加工和束致沉積)或使用樣本挖掘從較大的基板提取小 的樣本并使用聚焦離子束將其附著于操縱器。在所有這些情況下，需要聚焦透鏡操縱(聚 焦)電子束。通常，可以以兩種方式來照射對象。根據(jù)第一種方法，用具有大致均勻的電流密度的平行射束照射待檢驗的對象(也 稱為樣本)，借助于透鏡形成樣本的放大圖像。最靠近樣本的聚焦透鏡、即所謂的物鏡對由 放大樣本的光學裝置引入的誤差貢獻最大。換言之物鏡的像差確定裝置的分辨率。其中用大致均勻、平行的射束照射樣本的裝置是例如透射電子顯微鏡(TEM)。根據(jù)第二種方法，粒子源的發(fā)射表面或其一部分通常以明顯縮小的比例被成像在 待檢驗的樣本上。借助于例如掃描線圈或靜電致偏板在樣本的表面上掃描該圖像，即所謂 的斑點或探針，響應(yīng)于此，例如輻射被樣本發(fā)射或反射。該輻射可以包括X射線、次級電子、 后向散射電子等。借助于成像透鏡系統(tǒng)來形成源的圖像。最靠近樣本的聚焦透鏡稱為物鏡。 此物鏡的透鏡誤差決定可以獲得的最小斑點尺寸并因此決定可以獲得的裝置的分辨率。這種成像方法用于例如掃描電子顯微鏡(SEM)和掃描透射電子顯微鏡(STEM)中， 其中，使用電子的入射探針來生成次級電子、衍射電子、后向散射電子、X射線等等。應(yīng)注意的是，在聚焦離子束裝置(FIB)中，形成良好聚焦的離子束以撞擊在對象 上。類似于SEM，在對象上掃描此斑點，其中這可以用來對對象進行機械加工(銑削和/或蝕 刻)或?qū)ο筮M行成像(通過檢測例如次級離子和/或電子)。由于離子比電子重得多，所以其不那么容易受磁場影響，并且通常使用靜電透鏡 (和偏轉(zhuǎn)儀)，而對于使用電子束的儀器而言，通常使用磁透鏡和偏轉(zhuǎn)儀。
還應(yīng)注意的是，TEM常常還能夠充當STEM。能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦/成像方法這兩者的此 類裝置常常稱為TEM、STEM、或S/TEM。在前述裝置中使用的透鏡通常是表現(xiàn)出軸對稱性的磁透鏡或靜電透鏡，即所謂的 圓透鏡。如技術(shù)人員所已知的，假設(shè)粒子的能量不變，則此類透鏡始終是正透鏡。如 Scherzer 在 1936 (0. Scherzer, 〃0ber einige Fehler von Elektronenlinsen〃，Ζ. Physik 101(1936),第593頁)中所示，此類透鏡始終表現(xiàn)出正 的球面像差系數(shù)。因此，一個圓透鏡的像差絕不會被另一圓透鏡的像差校正。Scherzer 已在 1947 (0. Scherzer, “Spharische und chromatische Korrektur von Elektronenlinsen〃，Optik 2 (1947)，第114頁)中提到可以用多極來校正此類像 差。多極是用于生成表現(xiàn)出N重旋轉(zhuǎn)對稱的場的光學元件，其中N是偶整數(shù)。因此，多極的 示例是雙極、四極、六極等。為了提高粒子光學裝置的分辨率，從引用的美國專利No. 5，084，622已知借助于 使用(磁性)六極場的所謂Rose校正器來減少所述透鏡缺陷。用兩個六極來形成此校正單 元，在所述兩個六極之間布置有用于將一個六極成像到另一個上的光學系統(tǒng)。該光學系統(tǒng) 由所謂的f/2f/f成對元件(doublet)(參見圖1)形成。也是成對元件的另一透鏡系統(tǒng)、即 所謂的傳遞透鏡成對元件將六極成像在物鏡的無彗差平面上。應(yīng)注意的是，Rose校正器的變化是已知的，其中，光學系統(tǒng)的成對元件不是f/2f/ f系統(tǒng)(其根據(jù)定義表現(xiàn)出放大倍率M = -1)，而是表現(xiàn)出不同的放大倍率。另外，使用傳遞 透鏡成對元件的不同放大倍率，并且其中傳遞光學裝置僅包含一個透鏡的變體。還應(yīng)注意的是，美國專利No. 4，389，571還描述了雙六極校正器，即所謂的Crewe 校正器，其中，六極之間的光學系統(tǒng)僅由將兩個六極成像在彼此上的一個透鏡組成。本領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的是，雙六極系統(tǒng)表現(xiàn)出殘留固有像差，如在下列文 獻中討論的那樣例如，在 ‘Advancing the hexapole Cs-corrector for the scanning transmission electron microscope' , H. Miiller, Microsc. Microanal. 12,第 442 552頁，2006(也稱為Miiller)中、更具體而言在第446頁、最具體地說在第446頁右 邊的欄的頂部；以及在"Correction of higher order geometric aberration by triple 3-fold astigmatism field", H. Sawada^, Journal of Electron Microscopy, 2009, 第1 7頁(也稱為“Sawada“)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明意圖提供沒有由A5描述的六重像散的校正器。本發(fā)明還意圖提供一種沒有由A5描述的六重像散且沒有由D6描述的六階三葉像 差的校正器。為此目的，根據(jù)本發(fā)明的校正器的特征在于，用于產(chǎn)生至少一個附加六極場的至 少一個附加多極位于第一多極與第二多極之間，所述至少一個附加多極在工作時不被成像 在第一和第二多極上，所述至少一個附加六極場適合于校正所述校正器的六重像散A5或 校正器的六階三葉像差D6。可以表明，通過將弱附加六極放置在交叉點處，可以使用此六極來將A5調(diào)整至 零。還可以表明，可以使用此附加六極來將D6調(diào)整至零。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員從例如MUller第452頁右邊的欄已經(jīng)知道的，可以使用位于不同于交叉點的位置處的十二極來抵 消A5，此類已知十二極和附加六極的組合產(chǎn)生可以被調(diào)整為沒有A5和D6的校正器。應(yīng)注意的是，附加六極場位于交叉點處。在這方面，此校正器與在EP專利申請No. EP20080252352中所述的校正器不同，后者使用三個強六極來校正像差，這些六極相對于彼 此旋轉(zhuǎn)超過120度且中間的六極是圍繞它的兩個六極的兩倍強。其也不同于其中使用三個 六極場(或更多)來抵消球面像差本身以及慧差的EP專利No. EP941531。在根據(jù)本發(fā)明的校正器的優(yōu)選實施例中，所述至少一個附加多極是用于產(chǎn)生一個 附加六極場的一個多極，所述附加多極場在空間上與交叉點重疊。通過將多極放置在交叉點處，一個六極場足以將A5或D6調(diào)整至零，同時該多極不 引入顯著的其它像差，即不添加A2，和可忽略量的D4。在根據(jù)本發(fā)明的校正器的另一實施例中，所述至少一個附加多極是用于產(chǎn)生兩個 附加六極場的兩個多極，這兩個附加多極中的一個位于交叉點與第一多極之間且另一附加 多極位于所述交叉點與第二多極之間。通過將兩個附加多極放置在交叉點周圍(優(yōu)選地對稱地在交叉點周圍)，在保持交 叉點本身可用的同時實現(xiàn)了相同的校正效果。這樣，交叉點變得可訪問，例如可以添加如在 例如美國專利No. US6, 836，373中所述的旋轉(zhuǎn)透鏡。本實施例在與Crewe校正器組合時尤其具有吸引力。在根據(jù)本發(fā)明的校正器的另一實施例中，所述光學系統(tǒng)包括圓透鏡。雖然已知使用例如四極透鏡來形成光學系統(tǒng)，但校正器的優(yōu)選實施例使用圓透
^Mi ο在根據(jù)本發(fā)明的校正器的另一實施例中，所述多極是靜電多極。尤其是當使用用于校正將具有相對低的能量(例如具有30 keV以下的能量)的電 子聚焦的物鏡的校正器時，優(yōu)選使用靜電多極，因為例如靜電多極無滯后。應(yīng)注意的是，當校正將離子聚焦的靜電物鏡時，離子的大得多的質(zhì)量使靜電溶液 的使用變得必要。在根據(jù)本發(fā)明的校正器的另一實施例中，所述光學系統(tǒng)是靜電光學系統(tǒng)。尤其是當使用用于校正將具有相對低的能量(例如具有30 keV以下的能量)的電 子聚焦的物鏡的校正器時，靜電多極的使用是優(yōu)選的，因為例如靜電多極無滯后。應(yīng)注意的是，當校正將離子聚焦的靜電物鏡時，離子的大得多的質(zhì)量使靜電溶液 的使用變得必要。在根據(jù)本發(fā)明的校正器的另一實施例中，所述校正器還包括用于產(chǎn)生位于第一與 第二多極之間、或與之重疊的雙極和/或四極場和/或六極場的多極，用于校正寄生像差， 包括機械失準。在根據(jù)本發(fā)明的校正器的另一實施例中，所述透鏡系統(tǒng)包括用于形成交叉點且用 于將第一多極成像在第二多極上的僅一個厚透鏡。尤其是當使用根據(jù)本發(fā)明的校正器的靜電變體時，使用在透鏡本身內(nèi)形成交叉點 的厚透鏡是有吸引力的。適當?shù)募顚е聦⒘鶚O相互成像到彼此上并在中間平面中形成焦 點的三管透鏡(所述管連接到 接地/電位/ 接地，其中兩個外面的管形成六極)。在根據(jù)本發(fā)明的校正器的另一實施例中，所述光學系統(tǒng)由用于將第一多極成像在第二多極上的單個透鏡組成且第三多極在空間上與第一透鏡重疊。應(yīng)注意的是，此校正器不使用平行輸入平行輸出(PIPO)射束幾何形狀?？梢允褂?校正器與物鏡之間的傳遞光學裝置，但這不是強制性的。在根據(jù)本發(fā)明的校正器的另一實施例中，六極之間的單個透鏡是所謂的雙隙透 鏡，其結(jié)果是各向異性像差被顯著減小。在本發(fā)明的一方面中，粒子光學裝置裝配有根據(jù)本發(fā)明的校正器。通過為透射電子顯微鏡(TEM)、掃描透射電子顯微鏡(STEM)、掃描電子顯微鏡 (SEM)、聚焦離子束儀器(FIB)或另一粒子光學裝置裝配根據(jù)本發(fā)明的校正器，A5和/或D6 不需要限制這些裝置的性能。在根據(jù)本發(fā)明的粒子光學裝置的實施例中，傳遞光學裝置被放置在所述校正器與 所述粒子光學透鏡之間，所述傳遞光學裝置將第一多極和第二多極成像在所述粒子光學透 鏡的無慧差平面上或其附近，反之亦然，其結(jié)果是C5或各向同性彗差是零。在所述裝置的實施例中，所述裝置還包括將第一和第二多極成像在物鏡上或進行 相反操作的傳遞光學裝置。在本發(fā)明的一方面中，使用裝配有根據(jù)本發(fā)明的校正器的粒子光學裝置的特征在 于，附加多極被激勵，從而使得校正器比在沒有激勵附加六極的情況下表現(xiàn)出較小的A5和 / 或 D6。在裝配有根據(jù)本發(fā)明的校正器的粒子光學裝置的使用的實施例中，所述附加多極 被激勵，從而使得A5和/或D6減少至少80 %，更具體而言是95 %。在這些值下，已發(fā)現(xiàn)除A5和/或D6之外的誤差變成限制性的。在裝配有根據(jù)本發(fā)明的校正器的粒子光學裝置的使用的另一實施例中，所述附加 多極被激勵，從而使得除A5和/或D6之外的像差相比于A5和/或D6占主導地位。


現(xiàn)在參照附圖來描述本發(fā)明，在附圖中相同的附圖標記表示相對應(yīng)的元件。其 中
圖1示意性地示出Rose校正器；
圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的類似于Rose的校正器；
圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的類似于Rose校正器的靜電變體；
圖4示意性地示出Crew校正器；
圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的類似于Crew的校正器；
圖6示意性地示出雙隙透鏡；
圖7a和圖7b示意性地示出替換雙隙透鏡和此類透鏡的剖視圖； 圖8a和8b示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的類似于Crew的校正器的靜電變體和此類校正 器中的射線；
圖9示意性地示出用于圖2所述的類似于Rose的校正器的模擬結(jié)果。
具體實施例方式在說明中及在附錄中，對以下進行參考簡略參 考完整參考Rose 校 正器美國專利No. 5, 084, 622Muller‘‘Advancing the hexapole Cs-corrector for the scanning transmission electron microscope", H. Miiller, Microsc. Microanal. 12, 2006, % 442-55 MSawada‘‘Correction of higher order geometric aberration by triple 3-fold astigmatism field", H. Sawada 等 人，Journal of Electron Microscopy, 2009，第 1-7 頁Crewe美國專利No. 4，389，571
圖1示意性地示出Rose校正器。Rose系統(tǒng)校正物鏡100的像差。物鏡以及這里所討論的光學部件以光軸102為中 心。在這里，在校正器將從圖的左側(cè)進入的粒子束聚焦在圖的右側(cè)所示的物鏡上的情況下 來解釋該校正器。在此位置上，其校正STEM的物鏡的軸向誤差，但是技術(shù)人員應(yīng)認識到，當 在物鏡的另一側(cè)使用時，其如在例如TEM中所使用的那樣校正成像系統(tǒng)的軸向像差。用由透鏡116、118形成的所謂f/2f/f傳遞透鏡成對元件114將物鏡成像在校正 器104上。f/2f/f透鏡成對元件是具有兩個相同透鏡的系統(tǒng)，每個透鏡具有焦距f，這兩個 透鏡分開2f的距離，并且對象和圖像與兩個透鏡相距距離f。如技術(shù)人員所已知的，此類 成對元件形成望遠系統(tǒng)，其中，平行入射射束以放大倍率M =-1產(chǎn)生平行輸出射束(平行輸 入，平行輸出，或ΡΙΡ0)。應(yīng)注意的是，傳遞透鏡成對元件114在這里以及在許多其它文獻中不被視為校正 器104的一部分。校正器104本身包括兩個六極、即第一六極110和第二六極112，在六極之間具有 f/2f/f校正器透鏡成對元件106、108。校正器透鏡成對元件以M = -1的放大倍率將第一六 極成像在第二六極上。應(yīng)注意的是，在此成對元件中所使用的透鏡的焦距不需要與在傳遞 成對元件114中所使用的透鏡的焦距相同。示出了兩個主要射線在中間進入第一六極的場射線120和與光軸平行地進入校 正器的軸向射線122。后一射線在中間平面124中形成交叉點并在物平面126中形成細焦 點，待檢查樣本可以被放置在那里。應(yīng)注意的是，校正器的中間平面124因此是用于校正器 的對稱平面。如技術(shù)人員所已知的，Rose校正器的中間平面對稱性和成像條件導致A2 = D4 = 0 (關(guān)于像差系數(shù)的定義請參見附錄1)。 Rose校正器的已知問題是A5不是零并限制校正器的性能，如在Sawada和Milller 中所述和所示的。如在MUller的第442頁的右邊的欄的第二段中所述，對于僅具有兩個多 極級的六極校正器的當前設(shè)計而言，第一未校正像差是A5。在Sawada的圖3中示出了 A5 的效應(yīng)。Sawada在第2頁的右邊的欄處繼續(xù)說明由于第五階球面像差[在這里使用的命 名法中為C5]至多僅約為幾毫米，此[像差]不是嚴重的問題，因為可以通過校正器與物鏡 之間的[傳遞成對元件的]傳遞設(shè)置來對其進行校正。這表明校正A5對于進一步改進該校正器來說是必需的。值得提到的是，MUller示出了部分解決方案，其中，Re(A5) = 0且Ln(A5) ^ 0。 如附錄5的公式[5. 1]中所討論的，此解決方案需要六極的有效長度L、六極之間的傳遞光 學裝置的各向異性像散Qsi和六極激勵之間的給定關(guān)系式。MUller通過修改現(xiàn)有校正器來
8示出此解決方案。結(jié)果產(chǎn)生的自由度的損失導致比在MUller開始的情況下更高的六極激 勵，因此導致較高的耗散和/或小的孔和/或六極的對準問題。應(yīng)注意的是，對于不表現(xiàn)出虛的A5的靜電校正器或使用所謂的雙隙透鏡(表現(xiàn)出 兩個間隙的透鏡，一個間隙具有沿一個方向的磁化且另一個具有沿另一方向的磁化，導致
I腦=0)的校正器而言，這是總體解決方案，即使仍可能需要高六極激勵。
-m應(yīng)注意的是，從美國專利No. US6, 836，373已知在交叉點平面處具有另一透鏡的 類似于Rose的系統(tǒng)。所述另一透鏡用來校正由用于成對元件的不同激勵的校正器成對元 件引起的旋轉(zhuǎn)并實現(xiàn)六極的相互旋轉(zhuǎn)對準。還應(yīng)注意的是，這還從在關(guān)于Crest R-005顯微鏡的日本電子顯微鏡協(xié)會2009年 的會議期間給出的介紹已知，Crest R-005顯微鏡在具有充當六極的十二極之間的不對稱 傳遞成對元件(因此放大倍率MO -1)、以及將六極成像到物鏡上的不對稱校正器透鏡成 對元件的類似于Rose的校正器中使用此類中心透鏡。這表明如最初描述的那樣，已存在Rose校正器的許多變體。應(yīng)提到的是，類似于Rose的校正器可從德國海德堡的德國公司CEOS Gmbh購 買，并且被結(jié)合在來自美國希爾巴羅市的FEI公司的諸如具有一個或兩個校正器的Titan 80-300的市售電子顯微鏡中。還應(yīng)提到的是，在這種情境下，參考的是由多極產(chǎn)生六極場時的六極。使用例如 十二極來產(chǎn)生具有任意取向的六極場是眾所周知的。還已知的是使用一個多極來產(chǎn)生六極 并產(chǎn)生用于對準(寄生像差的消除)的雙極和四極場。圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的類似于Rose的校正器。根據(jù)本發(fā)明的類似于Rose 的校正器與圖1所示的Rose校正器類似，但附加六極1 被放置在交叉點平面處。如附錄 5所示，該弱附加六極的效果是其可以抵消A5，或者其可以(連同十二極1 一起)抵消D6 和A5，雖然隨后仍存在細微的D4像差。如附錄3所示，可以通過使六極略微朝向校正器成 對元件的透鏡移位來將D4的實部調(diào)整至零。結(jié)果得到的Lii(D4)處于納米級，這完全是可 忽略的。應(yīng)注意的是，可以由還產(chǎn)生另一多極場的多極、例如六極110來產(chǎn)生十二極128的 十二極場。在這種情況下，十二極1 和六極110重疊。應(yīng)提到的是，應(yīng)將十二極放置在軸向射線不聚焦的位置處。還應(yīng)提到的是，作為中間平面處的一個六極的替代，技術(shù)人員應(yīng)認識到圍繞中間 平面的兩個六極也將具有相同的效果。優(yōu)選地，然后，這兩個六極是被對稱地布置在中間平 面周圍的相同的六極，其結(jié)果是增加的A2 = 0。并且，多于兩個的六極的使用可以得到相同 的結(jié)果。應(yīng)注意的是，當兩個六極被放置在中間平面的一側(cè)時，這些六極應(yīng)具有相反的激 勵。應(yīng)注意的是，如附錄4所示，為了某些誤差、更具體而言是D4的適當?shù)窒?，不?yīng)將 六極的中心成像在彼此上面，而是成像在略微從六極的中間平面移動的平面上。這可以通 過例如六極的略微的機械移位來實現(xiàn)。圖3示意性地示出根據(jù)發(fā)明的類似于Rose校正器的靜電變體。由長十二極來形成整個校正器300，該長十二極的電極被切成多個段。
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可以使用例如電火花腐蝕來制成此類組件，從而導致高度的對準和直徑公差，并 因此導致更少的寄生像差。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的，電極與各段之間的間距必須足 以經(jīng)受住施加于電極的電壓差。段302和304形成第一和第二六極。透鏡段306和透鏡段308的所有電極被電結(jié) 合在一起，并因此有效地形成空心管。段310形成附加六極。平面318是中間平面，并且也 是此校正器的對稱平面。第一和第二六極的電極被配置為具有相對于地線對稱的電壓的六極，即電極U 上的電壓等于U =巧sm( 勸，其中對于六極而言η = 3且4是相對于六極的基準的角度。應(yīng)注意的是，還可以通過使這些電極相對于地線浮置來實現(xiàn)主六極與管之間的透 鏡效應(yīng)。透鏡段306和透鏡段308的所有電極被結(jié)合在一起，并從而形成空心管。如本領(lǐng) 域的技術(shù)人員所已知的，此類空心管可以用來通過對管施加加速或減速電壓、從而導致沿 著光軸316行進的電子的加速或減速來形成靜電透鏡。當在間隙312處使電子加速并在間 隙314處使電子減速相同的量時，形成厚的靜電透鏡。通過適當?shù)卮_定電場的尺寸，可以形 成將六極相互成像到彼此上面的透鏡。可以通過首先在間隙312處使電子減速并隨后在間 隙314處使其加速來實現(xiàn)相同的結(jié)果。附加六極310‘浮置，在與透鏡段306和308相同的電位處。由此，在段306和310 或段310和308之間不發(fā)生透鏡效應(yīng)。應(yīng)注意的是，由于所有元件在原理上也被用作十二極，所以可以將用于抵消Α5的 場的添加與例如主六極302或304中的一個、或它們兩者(由于對稱而是優(yōu)選的)相結(jié)合。 在這種情況下，應(yīng)向已被施加到六極的電極的電壓添加電壓U = t/0 sm( η φ),其中對于十二 極而言，η = 6。應(yīng)提到的是，靜電校正器無各向異性像差所有像差系數(shù)僅具有實分量。還應(yīng)提到的是，校正器可以被配置為具有分布在段306、308和310上的附加六極。 在這種情況下，不需要在位置320和322處產(chǎn)生間隙。還應(yīng)提到的是，可以以機械方式、并且通過經(jīng)由向或從附加六極的所有電極添加 或減去透鏡電壓而相對于透鏡電極306、308向附加六極電極施加小的附加透鏡場來實現(xiàn) 用于D4的抵消的六極的期望移位(參見附錄4)。應(yīng)注意的是，可以通過激勵六極的電極和/或透鏡電極以產(chǎn)生附加的雙極場和/ 或四極場和/或六極場來消除小的寄生 像差。圖4示意性地示出Crewe校正器。在這里，針對探針形成系統(tǒng)描述了 Crewe校正器，所述探針形成系統(tǒng)亦即被放置 在射束源與物鏡400之間的系統(tǒng)，其用由射束源產(chǎn)生的粒子照射對象402。然后，物鏡在對 象上在例如電子的光軸404上形成良好聚焦的探針。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的，此類 校正器還可以通過使射束穿過校正器的方向反向而用于成像系統(tǒng)。應(yīng)注意的是，射束源經(jīng)由聚光系統(tǒng)進入校正器，在這里示出聚光系統(tǒng)的最后一個 透鏡406。Crewe校正器408示出兩個相同六極412、414之間的對稱平面410中的軸向射線
104M的軸向交叉點。在此對稱平面中，設(shè)置傳遞透鏡416，從而將第一六極412成像在第二六 極414上，如主射線似6所示。應(yīng)注意的是，可以優(yōu)選略有不同的成像條件以抵消Re(D4)，其等效于針對Rose校 正器導出的六極的移位。這里，不同的成像條件可以采取傳遞透鏡的不同的激勵的形式，從 而導致不同的聚焦強度。還應(yīng)注意的是，由于傳遞透鏡的像差，引入額外的D4，包括Re (D4)和Lii(D4)兩者。 可以通過前述的不同的成像條件來抵消實部Re(D4)。應(yīng)提到的是，雙隙透鏡的適當使用將Lii(D4)減小多于90%，甚至減小多于99 %， 從而得到可忽略的Lii(D4)。雙隙透鏡表現(xiàn)出兩個磁化間隙，即具有沿一個方向的磁化的第
一間隙和沿相反方向的另一間隙。結(jié)果，可以使為零，從而得到具有非常小的各向異
性像差的透鏡。還應(yīng)提到的是，雖然對于減小D4而言，校正器與物鏡之間的傳遞光學裝置418是 不需要的，但其對于抵消C5或抵消各向同性慧差而言是必須的。當使用此類傳遞光學裝 置、例如包括透鏡420和422的成對元件時，應(yīng)將被成像在彼此上面的六極的平面成像在物 鏡的無慧差平面上，即主射線似6應(yīng)與物鏡中的軸交叉。應(yīng)注意的是，當校正器408被夾在兩個透鏡420和406之間以便適當?shù)叵薅ㄝ斎?和輸出主射線時，可以表明當存在每個透鏡場與相關(guān)聯(lián)的相鄰六極場的適度重疊時，可以 抵消D4的虛部。當對于兩個透鏡/六極而言透鏡和重疊量相同且透鏡激勵相同但 具有相反符號時，A2保持為零。應(yīng)提到的是，校正器與物鏡之間的這樣的傳遞系統(tǒng)可以由漂移空間、單個透鏡、成 對元件或者乃至更復雜的透鏡系統(tǒng)組成，但是對于校正器而言(假設(shè)其為類似于Rose的校 正器或其它類型)，大部分廣泛地使用成對元件。圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的類似于Crewe的校正器。圖5可以被視為從圖4導出。通過用兩個弱多極500a、500b圍繞傳遞透鏡來實現(xiàn) 用于類似于Crewe的校正器的本發(fā)明。可以與針對Rose校正器的類似的方式表明可以抵 消A5或D6。應(yīng)注意的是，通過將傳遞透鏡和六極疊加可以獲得相同或幾乎相同的結(jié)果。同樣 適合的替換解決方案是用在功能上代替一個傳遞透鏡的兩個透鏡來圍繞弱六極500。應(yīng)注意的是，類似于Crewe的校正器有利地裝配有雙隙透鏡，從而將成像透鏡的 各向異性像差減小至可忽略的值。示意性地示出了兩個此類透鏡。圖6示意性地示出眾所周知的雙隙透鏡。雙隙透鏡600表現(xiàn)出圍繞光軸602的旋轉(zhuǎn)對稱性。透鏡的磁軛612表現(xiàn)出兩個透 鏡間隙604、606。該磁軛被兩個透鏡線圈608、610磁化。這樣，可以使得第一透鏡間隙中的 磁場等于第二透鏡間隙中的磁場，但具有相反的方向。結(jié)果，可以通過適當?shù)剡x擇第一透鏡
線圈和第二透鏡線圈中的電流的比來將調(diào)整至零。第一透鏡間隙中的各向異性像差
將幾乎完全被第二透鏡間隙的各向異性像差補償，從而導致雙隙透鏡的減小得多的各向異
性像差。
圖7a和7b示意性地示出結(jié)合了磁性六極的雙隙透鏡。圖7b是沿著線AA'的圖 7a所示的透鏡的剖視圖。可以將雙隙透鏡700視為是從雙隙透鏡600導出的。然而，在這里，磁軛704的 一部分表現(xiàn)出圍繞光軸702的對稱性，但內(nèi)部極(pole) 706表現(xiàn)出六重對稱。在這些內(nèi)部 極中的每一個周圍施加線圈708-i?，F(xiàn)在，通過用類似的電流(在電流的量和安匝的方向兩 方面而言)驅(qū)動這些線圈，發(fā)生磁化，從而導致對于所有極而言具有相同的幅值和方向的場 710。這些極中每個極的電流的微小差別導致每個內(nèi)部極之間的場712，從而導致多極場。圖示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的類似于Crewe的靜電校正器，并且圖8b示意性 地示出此類系統(tǒng)的主要射線。此校正器表現(xiàn)出圍繞平面824的對稱性。電子或離子束沿著軸800從接地管802 出現(xiàn)。然后，其穿過第一六極804并進入接地管806。離開接地管806，帶電粒子被加速或 減速，并進入被浮置在高高電壓(將電子加速或減速所需的高電壓)的附加六極808。其后， 它們被減速或加速至它們在進入接地管810時的原始能量。離開管810，它們隨后穿過六極 812并最后進入接地管814。六極804和812是用于校正物鏡的球面像差的六極(物鏡未示出)。這兩個六極的 電極上的電壓是釣。對稱平面處的六極‘浮置’在高電壓下，并且電極處的電壓
因此是U=。作為高電壓仏的結(jié)果，在六極與圍繞六極的接地管之間發(fā)生聚
焦效應(yīng)。應(yīng)注意的是，對于第一和第二六極不發(fā)生此效應(yīng)，因為不存在用于第一和第二六 極的直流(DC)電壓分量。圖8b示意性地示出軸800，被形成到對稱平面中的交叉點中的軸向射線820和示 出第一和第二六極被成像在彼此上面的場射線822。圖9示意性地示出用于圖2所示的類似于Rose的校正器的模擬結(jié)果。圖9示意性地示出用于樣本平面中的D4 [ μ m], A5 [mm]和D6 [mm]的、作為用 于類似于Rose的校正器的中間六極激勵參數(shù)的函數(shù)的計算出的像差。這些是添加的像差， 因此為零的激勵得到零添加像差，但是應(yīng)使用不同于零的激勵來校正已被校正器引入的像
差。
權(quán)利要求
1.一種用于校正粒子光學透鏡(100、400)的軸向像差的校正器(104、408)，將用帶電 粒子束(122、424)來照射所述校正器，該校正器包括 第一多極(110、302、414)，其用于產(chǎn)生第一六極場； 第二多極(112、304、412)，其用于產(chǎn)生第二六極場； 光學系統(tǒng)，其用于將第一多極成像在第二多極上且用于在所述多極之間形成射束的 交叉點；以及 所述光學系統(tǒng)的放大倍率是負的，其特征在于 用于產(chǎn)生至少一個附加六極場的至少一個附加多極(1沈、310、500\50013)位于所述第 一多極和所述第二多極之間，所述至少一個附加多極在工作時沒有被成像在所述第一和所 述第二多極上，所述至少一個附加六極場適合于校正所述校正器的六重像散A5或所述校 正器的第六階三葉像差D6。
2.如權(quán)利要求1所述的校正器，其中，所述至少一個附加多極是用于產(chǎn)生一個附加六 極場的一個多極(126、310)，所述附加六極場在空間上與所述交叉點重疊。
3.如權(quán)利要求1所述的校正器，其中，所述至少一個附加多極是用于產(chǎn)生兩個附加六 極場的兩個多極(500a、500b)，所述兩個附加多極中的一個(500a)位于所述交叉點與所述第 一多極(414)之間且另一附加多極(500b)位于所述交叉點與所述第二多極(412)之間。
4.如前述權(quán)利要求中的任何一項所述的校正器，其中，所述光學系統(tǒng)包括圓透鏡 (106、108、410、600、700)。
5.如前述權(quán)利要求中的任何一項所述的校正器，其中，所述多極是靜電多極(302、 304、310)。
6.如前述權(quán)利要求中的任何一項所述的校正器，其中，所述光學系統(tǒng)是靜電光學系統(tǒng)。
7.如前述權(quán)利要求中的任何一項所述的校正器，其中，所述校正器還包括用于產(chǎn)生位 于第一與第二多極之間的雙極和/或四極場和/或六極場的多極，用于校正寄生像差，包括 機械失準。
8.如前述權(quán)利要求中的任何一項所述的校正器，其中，所述透鏡系統(tǒng)包括用于形成交 叉點并用于將所述第一多極成像在所述第二多極上的僅一個厚透鏡(302、306、310、308、 304)。
9.如權(quán)利要求1 7中的任一項所述的校正器，其中，所述光學系統(tǒng)包括單個透鏡 (416、808)，并且其中，所述第三多極在空間上與所述單個透鏡重疊。
10.如權(quán)利要求9所述的校正器，其中，所述單個透鏡是所謂的雙隙透鏡(600、700)，其 結(jié)果是各向異性像差被顯著減小。
11.一種裝配有如前述權(quán)利要求中的任何一項所述的校正器的粒子光學裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的粒子光學裝置，其中，傳遞光學裝置(114、418)被設(shè)置在校正 器(104、408)與粒子光學透鏡(100、400)之間，所述傳遞光學裝置將第一多極(110、414)和 第二多極(112、412)成像在所述粒子光學透鏡上，或進行相反操作。
13.如權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的粒子光學裝置的使用，其中，所述附加多極被 激勵，以使得所述校正器與在沒有激勵附加六極的情況下相比表現(xiàn)出較小的A5和/或D6。
14.如權(quán)利要求13所述的使用，其中，所述附加多極被激勵，以使得A5和/或D6被減小至少80 %，更具體而言為95 %。
15.如權(quán)利要求13所述的使用，其中，所述附加多極被激勵，以使得除A5和/或D6之 外的像差相比于A5和/或D6占主導地位。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于粒子光學透鏡的軸向像差的校正器。市售高分辨率透射電子顯微鏡(HR-TEM)和掃描透射電子顯微鏡(HR-STEM)現(xiàn)在裝配有用于校正所謂的物鏡的軸向球面像差Cs的校正器。不可避免地，其它像差變成限制性的像差。對于也稱為Rose校正器的六極型校正器或其變體而言，由校正器引入的也稱為A5的六重軸向像散和也稱為D6的第六階三葉像差被已知變成限制性的像差。本發(fā)明表明，通過在六極之間的交叉點上添加弱六極(126)，可以制成無A5或D6的類似于Rose的校正器或類似于Crewe的校正器，或者通過添加弱六極和十二極兩者，可以制成無A5和D6兩者的校正器。
文檔編號H01J37/153GK102064074SQ201010550058
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者A·亨斯特拉 申請人:Fei 公司