КОРПУСКУЛЯРНО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК H01J37/153 

Изобретение относится к электронно-оптическому приборостроению и может быть использовано при конструировании корпускулярно-оптических систем (КОС) формирования визуального изображения микрообъектов. Предпочтительной областью его использования является электронная микроскопия объектов микро- и нанотехнологии. Возможно также использование изобретения в других устройствах, где требуется фокусировка пучка заряженных частиц, в частности в установках для микро- и нанолитографии, ионном микроскопе и других приборах, где выполняется фокусировка корпускулярных (электронных и ионных) пучков, формирование и перенос корпускулярных изображений.

Известна КОС формирования изображения, содержащая вакуумную камеру, в которую помещены исследуемый образец, источник его освещения и расположенные по направлению передачи изображения образца объектив, корректор сферической компоненты сферохроматической аберрации (СХА), выполненный в виде магнитного мультиполя, и проекционный блок (см., например, ЕР 1313125, H01J37/10, 37/153, 37/28, 37/04, 2003; ЕР 1770752, H01J37/26, 37/153, 37/04, 2007).

Однако при использовании данной конструкции возникает астигматизм изображения, связанный с тем, что мультипольная геометрия не позволяет осесимметрично воздействовать на передаваемое изображение. Кроме того, обеспечение возможности коррекции хроматической компоненты СХА сопряжено со значительным усложнением конструкции мультипольного корректора.

Известна также КОС формирования изображения, содержащая вакуумную камеру, в которую помещены исследуемый образец, источник его освещения и расположенные по направлению передачи изображения образца объектив, корректор хроматической компоненты СХА, выполненный в виде электростатического энергофильтра либо фильтра Вина, и проекционный блок (см., например, US 2004188613, H01J37/22, 37/05, 37/147, 37/28, 37/04, 2004; JP 2005310512, H01J37/29, 37/21, 37/244, 37/295, 37/26, 37/02, 2005; DE 60032972D, H01J37/05, 37/26, 49/48, 37/04, 2007).

Однако использование энергофильтра приводит к значительному снижению чувствительности системы из-за потерь, обусловленных энергофильтрацией. При этом остается не компенсированной сферическая компонента СХА, что снижает качество получаемого изображения.

Для повышения разрешения и расширения аналитических возможностей КОС формирования изображения содержит вакуумную камеру, в которую помещены электронная пушка в качестве источника электронного пучка, магнитный дефлектор (МД) дисперсионного типа, узел литографического сканирования маски образца, объектив и фокусирующий блок, установленный с возможностью передачи уменьшенного изображения маски на напыляемое основание (см., например, US 2003183781, G21K1/093, H01J37/317, G21K1/00, 2003; JP 2005228743, H01L21/66, G01N23/203, H01J37/147, 37/29, 37/26, 2005). Данная конструкция может быть использована также в электронных микроскопах для формирования и передачи увеличенного изображения исследуемого образца (Surface Review and Letters, vol.5, No. 6 (1998), P.I 191). При этом наличие электронной пушки позволяет управлять энергией освещающего пучка изменением потенциала на поверхности образца.

Наиболее близкой к заявляемой является КОС формирования изображения, содержащая вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передаваемого изображения, сформированного объективом, МД дисперсионного типа с углом поворота оптической оси 90°, АК, выполненный на базе осесимметричного аберрационного электростатического зеркала (ОАЭЗ), блок транспортирующих линз (БТЛ) и проекционный блок (JP 5205687, H01J37/12, 37/04, 37/153, 37/26, 37/29, 37/10, 1993; US 5319207, H01J37/153, 37/04, 37/147, 37/29, 1994). В этой системе реализована идея повышения ее разрешающей способности путем коррекции СХА объектива с помощью ОАЭЗ для передачи изображения исследуемого образца без астигматизма.

Нами установлено, что в прототипной системе достигнутый положительный эффект в значительной степени обесценивается возникновением сопутствующей квадратичной хроматической аберрации (КХА), пропорциональной коэффициенту хроматической аберрации ОАЭЗ. Указанный негативный фактор возникает вследствие дисперсионности МД, из-за чего информационный электронный пучок (ИЭП) после выхода из магнитного поля МД входит в поле ОАЭЗ с дополнительным угловым разбросом, пропорциональным коэффициенту угловой энергетической дисперсии МД. Поэтому вследствие наличия хроматической аберрации ОАЭЗ, пропорциональной произведению величины энергетической неоднородности и углового раствора ИЭП вне зависимости от породившей данный угловой раствор причины (первоначальной угловой расходимости ИЭП либо возникшей в МД угловой энергетической дисперсии), будет иметь место как компенсирование СХА (полезная функция), так и одновременно появление значительной КХА (недостаток). Более того, возникшая хроматическая аберрация, будучи пропорциональной квадрату энергетической неоднородности ИЭП, не может быть компенсирована осесимметричными корпускулярно-оптическими элементами, поскольку такого типа аберрации в них отсутствуют. Следовательно, появившаяся КХА, пропорциональная коэффициенту хроматической аберрации ОАЭЗ, является негативным следствием попытки применения ОАЭЗ для коррекции СХА. Из физики явления очевидно, что данный негативный эффект будет иметь место при использовании МД дисперсионного типа с любым углом поворота оптической оси.

В этой связи отметим возможность выполнения бездисперсионного МД за счет снабжения его шестью независимыми магнитопроводами фигурной формы, расположенными с последовательным чередованием магнитных полюсов (см., например, US 4740704, H01J 37/04, 37/05, 3/14, G21K 1/08, 1988; EP 0647960, H01J 37/05, 49/46, 1994; Journal of Electron Microscopy, v.46, Nr.1, 1997, p.9; Surface Review and Letters, vol.5, No.6 (1998), p.1251). Однако такое техническое решение является чрезвычайно сложным в изготовлении и настройке и не исключает возникновения дополнительных неконтролируемых аберраций, связанных с его реализацией. Кроме того, в указанном техническом решении, устраняя угловую энергетическую дисперсию, тем самым устраняют и линейную дисперсию, наличие которой исключительно полезно для отсечения высокоинтенсивной паразитной компоненты ИЭП в плоскости контрастной апертурной диафрагмы. Поэтому в данном техническом решении для восстановления утраченной функции после бездисперсионного МД установлен «Омега фильтр» (Omega filter), состоящий из последовательно расположенных четырех независимых МД, каждый из которых возбуждается тремя независимыми магнитными катушками для астигматической передачи электронно-оптического изображения, чем еще более усложняется и без того чрезмерно нагруженная конструкция КОС.

Таким образом, сохранение диспергирующей функции МД является крайне важным и желательным, а в ряде случаев (например, при исследовании кристаллической структуры образца методами дифракции) совершенно необходимым.

Технической задачей предлагаемой КОС является повышение разрешающей способности путем исключения причин возникновения КХА при сохранении корректирующей функции АК в условиях использования МД дисперсионного типа.

Решение указанной технической задачи состоит в том, что в КОС формирования изображения, включающей вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, МД дисперсионного типа, АК, выполненный на базе ОАЭЗ, БТЛ и проекционный блок, на магистрали передачи изображения от МД к АК установлен компенсатор угловой энергетической дисперсии (КУЭД).

В связи с неизвестностью КУЭД из предшествующего уровня техники предлагаются следующие варианты его выполнения.

1. КУЭД представляет собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричные блок направляющих линз (БНЛ) и электростатическое зеркало, настроенные в режиме безаберрационной передачи изображения в центр МД с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии (п.1 формулы).

В этом варианте КУЭД после прохождения ИЭП электростатического зеркала существует опасность возникновения КХА, связанная с наличием угловой энергетической дисперсии ИЭП на входе в КУЭД. Для устранения возможности появления данной аберрации БНЛ и осесимметричное электростатическое зеркало КУЭД настроены в режиме безаберрационной передачи ими изображения в центр МД. Такую настройку осуществляют регулировкой напряжений, подаваемых на электроды электростатического зеркала и БНЛ.

В данном варианте КУЭД целесообразно выполнение МД с поворотом оптических осей на угол, кратный 72°, для получения пяти оптических каналов, в одном из которых может быть установлена электронная пушка для электронного освещения исследуемого образца (п.2 формулы).

2. КУЭД представляет собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричный БНЛ и второй МД, выполненный идентично первому (имевшемуся) МД, при этом БНЛ выполнен из расчета передачи изображения в центр второго МД с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии и включает не менее двух магнитных или электростатических линз (п.3 формулы).

Для обоснования необходимого количества линз в составе БНЛ в данном варианте КУЭД прилагается таблица расчета аберрационных характеристик БНЛ в случае использования в нем одной линзы (объект сравнения) и двух линз (электростатического или магнитного типов) в режимах прямой передачи изображения и с промежуточным изображением, передаваемых посредством БНЛ. При этом выполнение БНЛ на базе одной магнитной линзы, хотя технически и возможно, однако с неизбежностью вызовет некомпенсируемый поворот оптического изображения в процессе передачи его через БНЛ, что является в данном случае дефектом. В вариантах же БНЛ с двумя магнитными линзами компенсация поворота оптического изображения возможна и осуществляется путем установки противоположных направлений токов в катушках используемых линз.

Данные в таблице соответствуют расстоянию между центрами МД, равному 500 мм, а указанные фокусные расстояния линз соответствуют режиму передачи электронно-оптического изображения посредством БНЛ из центра первого МД в центр второго МД с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1.

Как видно из таблицы, вариант выполнения БНЛ на базе одной (электростатической) линзы характеризуется значительным коэффициентом сферической аберрации (93,7х10⁴ мм). Это обусловлено тем, что в данном варианте положение используемой линзы строго детерминировано, а именно она должна быть расположена строго посередине между первым и вторым МД. В связи с этим указанная линза должна быть достаточно слабой (с большим фокусным расстоянием), чем и объясняется повышенный уровень сферической аберрации передаваемого изображения. Из таблицы видно также, что в сравнении с однолинзовым вариантом БНЛ варианты двухлинзовой конструкции БНЛ выглядят значительно предпочтительнее, а именно в электростатическом исполнении БНЛ коэффициент сферической аберрации уменьшен в 15 раз, а в магнитном - более чем в 33 раза. Такое заметное преимущество двухлинзовых вариантов БНЛ объясняется тем, что применение двух линз для прямой передачи изображения (без создания промежуточного изображения) предоставляет возможность реализовать режим минимальных аберрационных искажений, при котором линзы устанавливаются симметрично относительно середины между первым и вторым МД на расстояниях от их центров, равных фокусному расстоянию данных линз. Еще лучшего качества передачи изображения через БНЛ можно достигнуть некоторым усложнением БНЛ за счет использования в нем четырех линз, симметрично расположенных относительно середины между МД. При этом для решения задачи повышения качества передаваемого через БНЛ изображения выполнение БНЛ на базе магнитных линз с компенсацией суммарного поворота изображения будет всегда предпочтительнее, чем выполнение БНЛ на базе электростатических линз, хотя последние конструктивно проще. В режиме с формированием промежуточного изображения, который принципиально невозможно осуществить в условиях одной линзы, коэффициент сферической аберрации больше, чем в случае прямой передачи изображения. Однако и в данном режиме, как видно из приведенных в таблице данных, он на порядок меньше, чем при использовании БНЛ с одной (электростатической) линзой.

Переход в режим с промежуточным изображением осуществляется путем изменения напряжений на средних электродах электростатических линз или увеличения тока катушек магнитных линз. В данном режиме открывается возможность установки полевой диафрагмы для снижения уровня шума на выходе КОС, обусловленного эмиссией избыточных электронов с освещаемой области исследуемого образца в режиме формирования увеличенного (в 20÷200 тысяч раз) изображения микрообъектов на поверхности образца, и упрощения настройки элементов КОС (п.5 формулы).

Таким образом, в данном варианте КУЭД наличие не менее двух линз в БНЛ является необходимым условием повышения качества передаваемого им изображения.

3. КУЭД представляет собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричный БНЛ и второй МД, выполненный не идентично первому МД, при этом БНЛ выполнен из расчета передачи изображения в центр второго МД с величиной коэффициента оптического увеличения, равной отношению синусов углов поворота оптических осей первого и второго МД, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии и включает не менее двух магнитных или электростатических линз (п.4 формулы). Если в данном варианте угол поворота оптической оси второго МД меньше угла поворота оптической оси первого МД, появляется возможность уменьшения коэффициента сферической аберрации и в случае однолинзового состава БНЛ путем его сдвига к первому МД. Такой асимметризацией обеспечивается действие двух факторов уменьшения коэффициента сферической аберрации: оптического усиления БНЛ и увеличения значения коэффициента оптического увеличения при передаче изображения во второй МД.

Как проиллюстрировано приведенными примерами, вариант с неидентичными МД предоставляет пользователю большую гибкость при выборе конструктивных решений как в отношении выполнения первого и второго МД, так и в отношении установки элементов КУЭД. Данный вариант особенно интересен в условиях, где важна универсальность конструкции КОС. Здесь при повышенном требовании к качеству передачи электронно-оптического изображения через БНЛ следует предпочесть выполнение БНЛ на основе магнитных линз по вышеуказанным причинам.

Для повышения контрастности изображения в вариантах КОС с двумя МД перед каждым из них, а также перед проекционным блоком в плоскостях кроссовера могут быть установлены апертурные диафрагмы (п.6 формулы).

Для удобства настройки АК и переключения режимов работы данных вариантов КОС второй МД выполнен из расчета поворота оптических осей на угол 60° (п.7 формулы).

Возможно выполнение любого из МД с цилиндрическими границами полюсных наконечников, что позволяет гибко настраивать положения сопрягающихся с МД оптических осей (п.8 формулы).

Отрицательная обратная связь по угловой энергетической дисперсии во всех вариантах исполнения необходима для вычитания угловой энергетической дисперсии КУЭД из угловой энергетической дисперсии первого МД. Она обеспечивается в варианте по п.1 формулы подачей соответствующих напряжений на электроды электростатического зеркала и БНЛ одновременно с настройкой режима безаберрационной передачи изображения. В вариантах по пп.3 и 4 формулы отрицательная обратная связь по угловой энергетической дисперсии обеспечивается согласованием направлений полярности первого и второго МД в зависимости от режима передачи изображения блоком направляющих линз. В противном случае (при положительной обратной связи) на выходе из КУЭД будет происходить не компенсация угловой энергетической дисперсии, а ее удвоение.

Неоднородный по энергии информационный корпускулярный (электронный или ионный) пучок при прохождении магнитного поля МД разлагается в пространственный энергетический спектр с угловой энергетической дисперсией, от которой освобождаются с помощью КУЭД. Поэтому ИЭП поступает на вход АК, не имея угловой энергетической дисперсии, вследствие чего при его прохождении через АК не возникает КХА. В этом и состоит причинно-следственная связь внесенных изменений с достигнутым техническим результатом.

В варианте с выполнением КУЭД на базе электростатического зеркала (п.1 формулы) конструкция данного КУЭД является полностью новой.

В варианте с выполнением КУЭД на базе второго МД, выполненного идентично первому МД (п.3 формулы), признаки наличия второго МД, его идентичности первому МД, а также наличия БНЛ совпадают с таковыми признаками компенсатора энергетического сдвига дифракционной картины, который описан в (US 2007200070, H01J 37/153, 37/05, 37/26, 37/04, 49/00; G01N 23/225, 23/227, 23/22, 2007). Однако в предлагаемом нами техническом решении КУЭД использован по другому назначению (для устранения КХА при передаче изображения исследуемого образца через АК, тогда как назначение известного технического решения - коррекция хроматического расслоения дифракционной картины, возникающего в процессе передачи ее через МД). Существенно и то, что БНЛ, выполненный согласно US 2007200070, включает всего одну электростатическую линзу, расположенную посередине между МД, тогда как в обсуждаемом варианте предлагаемого технического решения БНЛ выполнен на базе не менее двух линз (как электростатических, так и магнитных) по вышеизложенным причинам.

Вариант с выполнением КУЭД на базе неидентичных МД (п.4 формулы) отличается в еще большей степени не только в связи с неидентичностью конструкций первого и второго МД, но и с вытекающей из этого обстоятельства взаимосвязью между требуемым значением коэффициента оптического увеличения при передаче изображения через БНЛ и углами поворота оптических осей в первом и втором МД.

На фиг.1÷5 приведены схемы возможных технических реализаций заявляемых вариантов предлагаемой КОС.

Во всех вариантах каждый из МД выполнен в виде плоскопараллельных пар магнитных полюсных наконечников, симметрично установленных относительно средней плоскости (в которой лежит оптическая ось МД и в которой происходит формирование угловой энергетической дисперсии). В направлении, перпендикулярном средней плоскости, энергетическая дисперсия отсутствует. Оптические оси МД являются дугами окружностей. Границы полюсных наконечников МД могут быть выполнены как цилиндрическими, так и плоскими. Во избежание усложнения фиг.1÷5, детали, касающиеся устройства известных элементов, опущены.

В варианте фиг.1 КОС формирования изображения содержит вакуумную систему (не показана), предметный столик 1, на котором расположен исследуемый образец, источник 2 освещения этого образца и расположенные по направлению передачи изображения объектив с линзами 3 и 4, четырехканальный МД 5 дисперсионного типа (угол поворота оптической оси 90°), КУЭД 6, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения БНЛ 6а и осесимметричное электростатическое зеркало 6б, настроенные в режиме безаберрационной передачи отраженного изображения в центр МД 5 с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии, АК 7, выполненный на основе ОАЭЗ, БТЛ 8, контрастную апертурную диафрагму 9, установленную в плоскости кроссовера, проекционный блок 10 и экран 11. Оптические оси а, b, с и d элементов 3, 4, 6÷10 расположены по оптической оси корпускулярно-оптической системы и последовательно сопряжены через МД 5. При этом часть МД 5, связанная с вторичным прохождением в нем ИЭП, КУЭД 6 и ось b образуют компенсирующий канал КОС. Оптические оси объектива, МД 5, АК 7, БТЛ 8, проекционного блока 10 и КУЭД 6 перпендикулярны соответствующим границам МД 5.

Источник света 2 вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности исследуемого образца на предметном столике 1. Эмитированный таким образом ИЭП ускоряется до некоторой базовой энергии электрическим полем объектива и направляется по оси а на вход МД 5, где под действием магнитного поля отклоняется на угол 90°. Для иллюстрации принципа образования угловой энергетической дисперсии ИЭП и ее коррекции показана передача изображения лишь центральной точки исследуемого образца на экран 11. Оптика объектива настроена так, что изображение центральной точки образца проективно передается в центр МД 5, что важно для исключения хроматической дисперсии изображения. Реальное изображение этой точки обозначено c₁ (расположена на пересечении биссектрисы d₁ угла поворота оптической оси в поле МД 5 с самой оптической осью). После выхода из МД 5 ИЭП продолжает дальнейшее движение вдоль оси b через БНЛ 6а по направлению к электростатическому зеркалу 6б, пройдя которое и отразившись полем данного зеркала, движется в обратном направлении вдоль оси b через БНЛ 6а, вновь входя в МД 5, где под действием магнитного поля вновь отклоняется на 90° в направлении оси c. При этом зеркало 6б через БНЛ 6а возвращает проективное изображение центральной точки образца в центр МД 5. Реальное изображение этой точки при этом формируется в точке С₂ на пересечении биссектрисы d₂ угла поворота оптической оси в направлении к АК 7 и соответствующего участка оптической оси. После выхода из МД 5 ИЭП движется вдоль оси с по направлению к электростатическому зеркалу АК 7 и, пройдя его поле с отражением, движется в обратном направлении вдоль оси с к МД 5, где под действием магнитного поля в третий раз отклоняется на 90° и выходит из МД 5 в направлении оси d. При этом зеркало АК 7 вновь передает проективное изображение центральной точки образца в центр МД 5 с реальным ее изображением в точке c₃ пересечения биссектрисы d₃ угла поворота оптической оси в направлении к БТЛ 8 и соответствующего участка оптической оси. После выхода из МД 5 ИЭП продолжает дальнейшее движение вдоль оси d в направлении экрана 11, проходя БТЛ 8, апертурную диафрагму 9 и проекционный блок 10, с помощью которого изображение поверхности исследуемого образца увеличивается до требуемого размера и передается свободным от хроматической дисперсии на экран 11. При первом прохождении МД 5 ИЭП, будучи энергетически неоднородным, разделяется в пространстве по энергиям, вследствие чего по оси b движутся только электроны с номинальной энергией Е₀, а электроны с энергией E₁, отличной от Е₀, движутся в направлении к КУЭД 6 под углом к оси b (на фиг.1 для определенности обозначена ситуация E₁>E₀, однако сказанное ниже справедливо и для меньших, чем Е₀, энергий). Безаберрационное электростатическое зеркало 6б обеспечивает возвращение электронов с энергиями E₁>E₀ к МД 5 по таким траекториям {b′ и b″}, чтобы, вторично пройдя через МД 5, электроны с данными энергиями в дальнейшем двигались по той же оси, что и электроны с энергией Е₀. Это достигается настройкой напряжений на электродах БНЛ 6а и зеркала 6б. Таким образом, в АК 7 входит ИЭП, не имея угловой энергетической дисперсии, вследствие чего проектируемое на экран 11 изображение исследуемого образца свободно от КХА. При этом зеркало АК 7 возвращает проективное изображение центральной точки исследуемого образца в центр МД 5, благодаря чему, несмотря на наличие угловой энергетической дисперсии ИЭП, возникшей после третьего прохождения им МД 5, изображение исследуемого образца передается посредством линз БТЛ 8 и проекционного блока 10 на экран 11 свободным от хроматической дисперсии (электроны ИЭП, вылетевшие из точки образца, вне зависимости от величины их начальной энергии, фокусируются на экране 11 в точку).

На фиг.2 представлен вариант технического решения с использованием электронной пушки в качестве источника освещения образца электронами малых энергий. С целью выделения дополнительного канала для установки электронной пушки, МД 5 выполнен пятигранным (возможные углы отклонения 72° или 144°; в настоящем примере угол отклонения равен 144°). Пятигранное исполнение МД предлагается впервые.

Электронно-оптическая схема в данном варианте выполнена аналогично примеру 1 с добавлением пятого канала, в котором установлена электронная пушка 12.

Электронный пучок, сформированный электронной пушкой 12, направляется по оси е к МД 5, отклоняется в нем на угол 144°, выходя на ось а по направлению к исследуемому образцу по нормали к его поверхности. Оптической системой электронной пушки 12 и линзой 4 освещающий электронный пучок фокусируется в фокальной плоскости линзы 3 объектива. После прохождения объектива этот пучок замедляется до желательной энергии и, становясь практически параллельным под действием электрического поля объектива, освещает поверхность образца по нормали к ней. В этом случае возникает когерентная электрон-электронная эмиссия с поверхности образца, в результате чего образуется ИЭП. Пройдя поля объектива, ИЭП вдоль оси а поступает на вход МД 5, проходит его, отклоняясь на угол 144°, и, выходя на ось b, движется в направлении КУЭД 6, пройдя который, отразившись в поле зеркала 6б, движется вдоль оси b в направлении к МД 5, вновь отклоняется в нем на угол 144° и выходит на ось с в направлении к АК 7, не имея угловой энергетической дисперсии. Пройдя АК 7 с отражением в поле его зеркала, ИЭП возвращается вдоль оси с к МД 5. Далее, пройдя поле МД 5, ИЭП отклоняется вновь на угол 144°, выходит на ось d, проходит БТЛ 8, апертурную диафрагму 9 и проекционный блок 10, передавая увеличенное изображение образца, свободное от КХА, СХА и хроматической дисперсии, на экран 11.

В варианте фиг.3 КОС формирования изображения содержит вакуумную систему (не показана), предметный столик 1 с исследуемым образцом, источник освещения 2 данного образца, объектив, включающий линзы 3 и 4, и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, первый МД 5 дисперсионного типа, АК 7, выполненный на базе ОАЭЗ, БТЛ 8, апертурную диафрагму 9, установленную в плоскости кроссовера, и проекционный блок 10 с экраном 11. На магистрали передачи изображения от первого МД 5 к АК 7 установлен КУЭД 6, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения БНЛ в составе магнитных линз 14 и 15, между которыми в плоскости кроссовера установлена апертурная диафрагма 16, и второй МД 13, выполненный идентично первому МД 5. Магнитные линзы 14 и 15 равно удалены от ближайших границ МД 5 и 13 соответственно и настроены из расчета передачи изображения в центр второго МД 13 с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, с образованием цепи отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии за счет однонаправленности полярностей МД 5 и МД 13.

Источник света 2 вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности исследуемого образца, размещенного на предметном столике 1. Эмитированный таким образом ИЭП ускоряется до некоторой базовой энергии электрическим полем объектива и через линзу 4 направляется по оси а на вход МД 5, где отклоняется на угол 90°. Линзы 3 и 4 настроены так, чтобы изображение центральной точки исследуемого образца проективно передавалось в центр МД 5. Изображение кроссовера ИЭП передается линзой 4 с фокальной плоскости объектива (где первоначально формируется этот кроссовер) в плоскость апертурной диафрагмы 16. После выхода из МД 5 ИЭП продолжает дальнейшее движение вдоль оси b в направлении МД 13 через линзы 14 и 15, которые передают проективное изображение центральной точки образца из центра О₁ МД 5 в центр О₂ МД 13 с коэффициентом оптического увеличения, равным 1. Полярность МД 13 установлена такой, что на выходе из МД 13 угловая энергетическая дисперсия ИЭП исчезает, в результате чего электроны различных энергий движутся в направлении АК 7 по единой оси с. Поэтому КХА не образуется после прохождения ИЭП аберрационного зеркала АК 7.

Зеркало АК 7 возвращает ИЭП к МД 13 таким образом, что проективное изображение центральной точки образца передается вновь в центр МД 13. Войдя в поле последнего, ИЭП в очередной раз отклоняется на 90° в сторону БТЛ 8. Выйдя из поля МД 13, ИЭП движется через БТЛ 8, апертурную диафрагму 9 и проекционный блок 10, передавая на экран 11 увеличенное изображение исследуемого образца, свободное от КХА, СХА и хроматической дисперсии. В режиме с освещением исследуемого образца от электронной пушки 12 система работает аналогично.

В варианте КОС формирования изображения, приведенном на фиг.4, границы полюсных наконечников первого МД 5 выполнены цилиндрическими, а угол отклонения оптической оси в нем настроен равным 90° с образованием трех используемых и одного резервного оптических каналов; границы полюсных наконечников второго МД 13 выполнены плоскими, а угол отклонения оптической оси в нем настроен на 60° с образованием трех используемых оптических каналов. Остальные элементы КОС выполнены и подключены как на фиг.3 с тем изменением, что в связи с неидентичностью МД 5 и 13 линзы 14 и 15 БНЛ настроены из расчета передачи изображения образца в центр второго МД 13 с величиной коэффициента оптического увеличения, равной отношению синусов углов поворота оптических осей первого и второго МД, а именно:

где М- величина коэффициента оптического увеличения.

Точками K₁÷K₄ на фиг.4 указаны положения кроссоверов, в которых могут быть установлены апертурные диафрагмы для повышения контраста изображения. В данном примере таковые диафрагмы установлены в позициях точек К₃ и К₄.

Работа данного варианта КОС аналогична работе варианта фиг.3. При этом предоставляется дополнительное удобство настройки КОС, заключающееся в возможности отключения канала, в котором установлен АК 7, путем изменения полярности МД 13, что удобно для автономной настройки соответствующих частей системы.

Вариант выполнения КОС согласно фиг.5 аналогичен варианту, представленному на фиг.4, с тем существенным изменением, что линзы 14 и 15 БНЛ настроены в режиме формирования промежуточного изображения в поз.17, где установлена полевая диафрагма. При этом для образования цепи отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии изменена полярность второго МД 13. В этом случае изменяется направление движения ИЭП в МД 13, в связи с чем соответственно изменяются расположения АК 7 и оптической магистрали d относительно предметного столика 1.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение разрешающей способности КОС за счет исключения причин возникновения КХА при сохранении корректирующей функции АК в условиях использовании МД дисперсионного типа. Техническим результатом, производным от достигнутого, является расширение функциональных возможностей КОС за счет образования дополнительных оптических каналов для установки электронной пушки и/или других приспособлений.

Система содержит вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения, объектив и последовательно расположенные магнитный дефлектор дисперсионного типа (МД), аберрационный корректор (АК), выполненный на базе осесимметричного аберрационного электростатического зеркала, блок транспортирующих линз и проекционный блок. После МД установлен компенсатор угловой энергетической дисперсии (КУЭД), содержащий осесимметричный блок направляющих электронных линз (БНЛ). В первом варианте в КУЭД после БНЛ расположено электростатическое зеркало, настроенное в режиме безаберрационной передачи изображения в центр МД с величиной коэффициента оптического увеличения (КОУ), равной 1, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии. Во втором варианте после БНЛ установлен второй МД, идентичный первому, а БНЛ обеспечивает передачу изображения в центр второго МД с величиной КОУ, равной 1. В третьем варианте после БНЛ установлен второй МД, не идентичный первому, а БНЛ обеспечивает передачу изображения в центр второго МД с величиной КОУ, равной отношению синусов углов поворота оптических осей первого и второго МД. Технический результат - повышение разрешающей способности за счет коррекции сферохроматической аберрации и исключения причин возникновения квадратичной хроматической аберрации. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Корпускулярно-оптическая система формирования изображения, содержащая вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, магнитный дефлектор дисперсионного типа, аберрационный корректор, выполненный на базе осесимметричного аберрационного электростатического зеркала, блок транспортирующих линз и проекционный блок, отличающаяся тем, что на магистрали передачи изображения от магнитного дефлектора к аберрационному корректору установлен компенсатор угловой энергетической дисперсии, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричные блок направляющих электронных линз и электростатическое зеркало, настроенные в режиме безаберрационной передачи изображения в центр магнитного дефлектора с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии.

2. Корпускулярно-оптическая система по п.1, отличающаяся тем, что магнитный дефлектор выполнен из расчета поворота оптических осей на угол, кратный 72°, для возможности электронного освещения исследуемого образца.

3. Корпускулярно-оптическая система по п.1, отличающаяся тем, что магнитный дефлектор выполнен с цилиндрическими границами полюсных наконечников.

4. Корпускулярно-оптическая система формирования изображения, содержащая вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, первый магнитный дефлектор дисперсионного типа, аберрационный корректор, выполненный на базе осесимметричного аберрационного электростатического зеркала, блок транспортирующих линз и проекционный блок, отличающаяся тем, что на магистрали передачи изображения от первого магнитного дефлектора к аберрационному корректору установлен компенсатор угловой энергетической дисперсии, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричный блок направляющих электронных линз и второй магнитный дефлектор, выполненный идентично первому магнитному дефлектору, при этом блок направляющих линз включает не менее двух линз и выполнен из расчета передачи изображения в центр второго магнитного дефлектора с величиной коэффициента оптического увеличения, равной 1, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии.

5. Корпускулярно-оптическая система по п.4, отличающаяся тем, что первый и/или второй магнитный дефлектор(ы) выполнен(ы) с цилиндрическими границами полюсных наконечников.

6. Корпускулярно-оптическая система формирования изображения, содержащая вакуумную систему, предметный столик с исследуемым образцом, источник освещения данного образца, объектив и последовательно расположенные по направлению передачи изображения, сформированного объективом, первый магнитный дефлектор дисперсионного типа, аберрационный корректор, выполненный на базе осесимметричного аберрационного электростатического зеркала, блок транспортирующих линз и проекционный блок, отличающаяся тем, что на магистрали передачи изображения от первого магнитного дефлектора к аберрационному корректору установлен компенсатор угловой энергетической дисперсии, представляющий собой последовательно расположенные по направлению передачи изображения осесимметричный блок направляющих электронных линз и второй магнитный дефлектор дисперсионного типа, неидентичный первому магнитному дефлектору, при этом блок направляющих линз выполнен из расчета передачи изображения образца в центр второго магнитного дефлектора с величиной коэффициента оптического увеличения, равной отношению синусов углов поворота оптических осей первого и второго магнитных дефлекторов, с образованием отрицательной обратной связи по угловой энергетической дисперсии.

7. Корпускулярно-оптическая система по п.6, отличающаяся тем, что первый и/или второй магнитный дефлектор(ы) выполнен(ы) с цилиндрическими границами полюсных наконечников.