Корректор аберраций электронных линз

(51) 01 37/12 (2011.01) 01 37/04 (2011.01) 01 37/153 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ совмещен с центральной точкой корректора - точкой пересечения главной оптической оси электронного зеркала с осью симметрии магнитного дефлектора. При этом ось симметрии магнитного дефлектора и главная оптическая ось электронного зеркала при пересечении образуют прямой угол. Для нормальной работы корректора следует расположить его так, чтобы плоскость изображений электронной линзы проходила через центральную точку корректора. Преимущества предлагаемого корректора аберраций электронных линз 1. простая конструкция магнитного дефлектора 2. отсутствие аберраций, вносимых магнитным дефлектором 3. простая конструкция корректора аберраций в целом и высокая технологичность его изготовления 4. возможность коррекции наиболее важных аберраций электронных линз сферической и осевой хроматической одновременно.(72) Бимурзаев Сеиткерим Бимурзаевич Якушев Евгений Михайлович(54) КОРРЕКТОР АБЕРРАЦИЙ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛИНЗ(57) Изобретение относится к электроннооптическому приборостроению и может быть использовано при формировании изображения объектов с помощью электронных (ионных) линз, в частности его применяют в электронной микроскопии объектов микро - и нанотехнологии. Корректор аберраций электронных линз содержит осесимметричный магнитный дефлектор и осесимметричное электростатическое электронное зеркало, расположенные друг относительно друга так, что центр кривизны электронного зеркала Изобретение относится к электроннооптическому приборостроению и может быть использовано при формировании изображения объектов с помощью электронных (ионных) линз, в частности, его можно применять в электронной микроскопии объектов микро - и нанотехнологии. Известен корректор сферической аберрации электронных линз,содержащий магнитный дефлектор дисперсионного типа (прямоугольной формы с углом поворота оптической оси 90),осесимметричное электростатическое электронное зеркало и набор электронных линз, последовательно расположенных между магнитным дефлектором и осесимметричным электростатическим электронным зеркалом по направлению передаваемого изображения ( 5205687, 01 37/12, 37/04, 37/153,37/26, 37/29, 37/10, 19935319207, Н 01 37/153,37/04, 37/147, 37/29, 1994). Основным недостатком известного корректора является то, что в корректоре аберраций одновременно будет иметь место не только компенсирование сферической аберрации(полезная функция), но и появление значительной хроматической аберрации (недостаток). Наиболее близким к заявляемому корректору является корректор сферической аберрации электронных линз,содержащий магнитный дефлектор дисперсионного типа различной формы,в том числе круглой,осесимметричное электростатическое электронное зеркало и компенсатор угловой энергетической дисперсии разной конструкции,установленный после магнитного дефлектора. Компенсатор угловой энергетической дисперсии представляет собой блок,содержащий набор направляющих электронных линз и осесимметричное электростатическое электронное зеркало. Он может содержать дополнительный магнитный дефлектор различной формы, идентичный или неидентичный к основному(первому) магнитному дефлектору (ЕР 2224464 А 1,Н 01 37/153, 2010). Основным недостатком этого корректора является сложность его конструкции,обусловленная наличием дополнительного элемента - компенсатора угловой энергетической дисперсии. Задачей предлагаемого изобретения является повышение разрешающей способности и чувствительности электронно-оптических устройств формирования изображений объектов, преимущественно электронных микроскопов различных назначений, путем использования корректора аберраций электронных линз простой конструкции,способного полностью компенсировать наиболее важные аберрации электронных линз. В зависимости от назначения того или иного прибора с помощью предлагаемого корректора можно полностью скомпенсировать либо сферическую аберрацию электронной линзы, либо е осевую хроматическую аберрацию, либо обе эти аберрации одновременно. Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением в корректоре аберраций электронных линз,содержащим магнитный дефлектор с осевой симметрией и 2 осесимметричное электростатическое электронное зеркало,электронное зеркало расположено относительно магнитного дефлектора так, что его центр кривизны совмещен с центральной точкой корректора, лежащей на оси симметрии магнитного дефлектора. При таком взаимном расположении магнитного дефлектора и электронного зеркала отпадает необходимость в дополнительном элементе - компенсаторе угловой энергетической дисперсии. Магнитный дефлектор может содержать электроды электростатической системы, ось симметрии которых совмещена с осью симметрии магнитного дефлектора. Электростатическое электронное зеркало может содержать магнитные элементы с осью симметрии, представляющей собой главную оптическую ось электромагнитного зеркала. При этом ось симметрии магнитного дефлектора и главная оптическая ось электронного зеркала при пересечении образуют прямой угол. Предлагаемый корректор представлен на прилагаемых графических приложениях, гдена фиг. 1 предлагаемый корректор аберраций схематически изображен в проекции на среднюю плоскость (плоскость фигуры)на фиг. 2 и 3 приведены результаты расчета параметров двухэлектродного электростатического зеркала для корректора сферической аберрации. Предлагаемый корректор аберраций изображен в проекции на среднюю плоскость (плоскость фигуры), в которой происходит отклонение частиц. Корректор содержит магнитный дефлектор 1 с осью вращательной симметрии, проходящей через центральную точку О корректора перпендикулярно средней плоскости,и фокусирующее осесимметричное электростатическое электронное зеркало 2 с главной оптической осью ОО,расположенной в средней плоскости. Центр кривизны электронного зеркала 2 совмещен с центральной точкой корректора. Оси симметрии магнитного поля и электронного зеркала 2 при пересечении образуют прямой угол. Коэффициенты сферической и (или) осевой хроматической аберраций электронного зеркала 2 подбирают так,что они равны по величине и противоположны по знаку соответствующим коэффициентам аберраций электронных линз. Осесимметричное магнитное поле с напряженностью Н может быть генерировано либо витками круговых электрических токов, либо постоянным магнитом, либо электромагнитом с магнитными полюсами круглой формы. Радиальное распределение напряженности магнитного поля Н может быть как однородным, так и неоднородным. Кроме того, магнитный дефлектор 1 может содержать электроды (не показаны) электростатической системы с той же осью вращательной симметрии. Важно отметить, что во всех случаях для создания отклоняющей системы корректора используется поле, обладающее одним из простейших видов симметрии - осевой симметрией. Это обеспечивает предельную простоту корректора и высокую технологичность его изготовления. Отметим также известный факт, что при любом радиальном распределении осесимметричного отклоняющего электромагнитного поля величина азимутальной составляющей обобщенного импульса частицы является инвариантом движения, в частности, равным нулю при нормальном входе пучка частиц в отклоняющую систему, что в конечном итоге обеспечивает высокое качество фокусировки пучка при его отклонении. Электронное зеркало 2 может быть электростатическим,образованным набором электродов с общей осью симметрии, но (как и магнитная отклоняющая система) зеркало может содержать магнитные элементы с той же осью симметрии, представляющей собой главную оптическую ось электромагнитного зеркала. Выбор того или иного распределения поля отклоняющей системы и электронного зеркала производится из соображений оптимизации электронно-оптического тракта конкретного прибора. Для этого используют стандартные процедуры расчета электронных траекторий. Корректор аберраций работает следующим образом. Для нормальной работы устройства электронную линзу 3 располагают так, чтобы ее плоскость изображений проходила через центральную точку О корректора, а ее главная оптическая ось лежала в его средней плоскости. При таком расположении в отсутствии отклоняющего поля в плоскости, проходящей через центральную точку О, формируется действительное электроннооптическое изображение объекта 4. При включенном поле корректора в этом месте прямолинейными участками лучей формируется виртуальное изображение объекта 4. При отсутствии аберраций прямолинейные участки лучей, исходящие из центральной точки объекта 4, и после отклонения частиц в магнитном поле проходят строго через центр кривизны магнитного дефлектора 1, совмещенной с центральной точкой О корректора. Величина рассеяния прямолинейных лучей от точечного объекта 4 в окрестности точки О будет связана только с наличием аберраций электронной линзы 3, в том числе сферической и осевой хроматической. При этом продолжения прямолинейных участков траекторий проходят на определенных расстояниях(прицельные расстояния) от точки О. Совокупность прицельных расстояний представляет собой кроссовер аберраций изображения точечного объекта в данной электронной линзе. Вследствие симметрии вращения магнитного дефлектора 1 прицельные расстояния каждой из траекторий пучка частиц остаются неизменными и после отклонения этого пучка, независимо ни от угла отклонения траекторий, ни от разброса энергий частиц в пучке. 905). Таким образом, магнитный дефлектор 1 работает так, что он поворачивает оптическую ось пучка частиц и плоскость виртуального изображения объекта вокруг своей оси вращения на нужный угол,определяемый напряженностью магнитного поля Н, без искажения структуры виртуального изображения. Это обстоятельство является причиной отсутствия дополнительных аберраций,вносимых отклоняющим полем корректора. После отклонения в магнитном поле электроны попадают в поле электронного зеркала 2 с центром кривизны в точке О, которое осуществляет коррекцию сферической и (или) осевой хроматической аберраций электронной линзы 3. Для этого сферическая и (или) осевая хроматическая аберрации электронного зеркала 2 подбираются так,что они равны по величине и противоположны по знаку соответствующим аберрациям электронной линзы 3. При таком подборе все электронные траектории частиц, исходящие из центральной точки объекта 4, независимо от апертурных углов и(или) разброса энергий, после отражения от электронного зеркала 2 направляются строго (без рассеяния) на центральную точку О отклоняющего магнитного поля. Таким образом, электронное зеркало 2 своими аберрациями компенсирует аберрации электронной линзы 3 и формирует в окрестности точки О перевернутое виртуальное изображение с коэффициентом оптического увеличения, равным - 1. Далее пучок электронов проходит магнитное поле в обратном направлении и после повторного поворота его оптической оси вокруг точки О в окрестности этой точки формируется виртуальное изображение объекта,очищенное от основных аберраций электронной линзы 3. При необходимости получения действительного изображения следует применить фокусирующую электронную линзу 5, которая в плоскости 6 создаст действительное изображение объекта. При этом зеркало 2 может быть рассчитано так, чтобы скомпенсировать аберрации обеих линз 3 и 5. В качестве примера возможного использования заявляемого корректора ниже приведены результаты расчета корректора аберраций, предназначенного для компенсации сферической аберрации иммерсионного объектива, действующего эмиссионного электронного микроскопа. ( ,М. , ...//.. .(-8), , 2010, Л 60-161.). При общей длине электронно-оптического тракта микроскопа, равной 40,9 см, коэффициент сферической аберрации его иммерсионного объектива составляет величину 32261 см. В качестве корректора аберраций оказалось возможным использовать сравнительно простое устройство, содержащее магнитный дефлектор 1,который имеет вид плоскопараллельных магнитных полюсов круглой формы с общей осью симметрии. Электронное зеркало 2 представляет собой простое двухэлектродное осесимметричное электростатическое зеркало. Первый электрод зеркала (со стороны входа пучка) имеет цилиндрическую форму с внутренним диаметром , а внутренняя поверхность второго электрода (отражателя) представляет собой вогнутую сферу с радиусом 0,8 . 3 На фиг. 2 и 3 приведены результаты расчета параметров двухэлектродного электростатического зеркала для корректора сферической аберрации этого иммерсионного объектива. При расчетах отбирались такие случаи,когда значение коэффициента сферической аберрации зеркала было равно по абсолютной величине, но противоположно по знаку по отношению к значению коэффициента сферической аберрации иммерсионного объектива. На фигуре 2 дана зависимость расстояния от центра кривизны круглого магнита до середины зазора между первым и вторым электродами зеркалаот значения внутреннего диаметрапервого цилиндрического электрода зеркала. На фигуре 3 дана зависимость отношения потенциала на втором отражающем электроде зеркала (запирающего потенциала) 2 к потенциалу ускоряющего напряжения иммерсионного объектива 1 от значения внутреннего диаметрапервого цилиндрического электрода зеркала. Приведенные зависимости дают достаточно широкие возможности для инженерной проработки корректора сферической аберрации данного иммерсионного объектива. Преимущества предлагаемого корректора аберраций электронных линз 1. простая конструкция магнитного дефлектора 2. отсутствие аберраций, вносимых магнитным дефлектором 3. простая конструкция корректора аберраций в целом и высокая технологичность его изготовления 4. возможность коррекции наиболее важных аберраций электронных линз сферической и осевой хроматической одновременно. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Корректор аберраций электронных линз,содержащий магнитный дефлектор с осевой симметрией и осесимметричное электростатическое электронное зеркало, отличающийся тем, что центр кривизны электростатического электронного зеркал а совмещен с центральной точкой на оси симметрии магнитного дефлектора. 2. Корректор аберраций электронных линз по п.1, отличающийся тем, что магнитный дефлектор содержит электроды электростатической системы,ось симметрии которых совмещена с осью симметрии магнитного дефлектора. 3. Корректор аберраций электронных линз по п.2, отличающийся тем, что электростатическое электронное зеркало содержит магнитные элементы,осью симметрии которых совмещена с осью симметрии электростатического электронного зеркала.