[发明专利]用于聚焦带电粒子束的磁透镜和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于聚焦沿着光轴行进的带电粒子束的磁透镜，该透镜包括：

- 轴向孔，布置在所述光轴周围以容纳所述束；

- 磁场生成装置，用于生成磁场；以及

- 磁轭，用以引导和集中所述磁场朝向所述光轴以便形成用于所述束的聚焦区域。

本发明还涉及一种使用此类磁透镜来聚焦带电粒子束的方法。

本发明另外涉及一种制造此类磁透镜的方法。

本发明还涉及带电粒子显微镜，包括：

- 带电粒子源，用于产生沿着光轴传播的带电粒子的辐射束；

- 样本保存器，用于保存要被辐射的样本；

- 粒子-光学柱，用于将所述束导向至所述样本上；

- 检测器，用于检测响应于所述辐射而从所述样本发出的输出电子的通量，

其中所述粒子-光学柱包括如以上开始段落中所阐述的至少一个磁透镜。

背景技术

例如根据常规电子显微镜法，如以上开始段落中所阐述的磁透镜是已知的，并且被描述例如在L. Reimer的"Scanning Electron Microscopy", Springer Verlag (1985), ISBN 3-540-13530-8中，更具体地来自章节 2.2.1: Electron lenses (第20-23页)。

Reimer描述了一种具有用于生成磁场的电线圈和一对磁极片（包括轭）的磁透镜，该极片将磁场集中为透镜的对称轴上的旋转对称轴向场。行进通过该轴向场的带电粒子（电子）受到洛伦兹力并且因而经历聚焦效应。该极片对被设置成使得跨介于中间的“空气间隙”彼此面对，当所述电线圈被激励（调用）时，来自极片的磁场线穿过所述“空气间隙”。尽管常规地被称作“空气间隙”，但是实际上此类间隙可能是空的，或者可能填充有非磁性材料。

透镜的焦度（其焦距）是其激励（所述电线圈中的电流和匝数）以及被聚焦的带电粒子的质量和能量的函数。磁透镜通常用于聚焦电子，然而静电透镜常常优选用于聚焦离子。

如本领域技术人员公知的，此类磁透镜中的极片必须跨介于中间的空气间隙良好地对齐。如果极片未对齐，即一个极片的（柱体）对称轴未与另一个极片的（柱体）对称轴重合，那么结果所得的透镜轴将非期望地歪曲，从而导致功能不良的聚焦动作。为了促进合适的对齐和性能，此类极片通常需要被制造成严格的机械容差（通常10μm的量级或者更小）因此这些极片趋于是相对昂贵的部件。其复杂之处在于包括在极片中的磁性材料应该理想地具有相对低的滞后；为了实现此，所述材料通常是经退火的，这限制了极片的后续可加工性（例如，利用车床和铣床）。

对于常规透镜的另一个问题在于极片之间的空气间隙还（不需要地）传递垂直于光轴的杂散磁场。此类垂直场（包括50Hz磁场）会非期望地影响通过透镜的束，并且会是附加的歪曲源。

针对关于磁性材料的更多信息，通常引用R. Boll的德语出版物"Weichmagnetische Werkstoffe", Vacuumschmelze GmbH & Co. KG, ISBN 3-80090154604。

发明内容

本发明的目的是解决这些问题。特别地，本发明的目的是提供一种磁透镜设计，其允许组成部件的更准确且更容易的对齐。此外，本发明的目的在于：此类设计应当适合于关键部件的更容易加工，从而导致降低的制造成本。另外，本发明的目的是提供一种磁透镜设计，其具有对垂直杂散磁场的减少的磁化率，从而导致具有改进的粒子-光学特性。

在以上开始段落中所阐述的磁透镜中实现了这些和其他目的，根据本发明所述磁透镜的特征在于：

- 所述轭具有复合结构，包括外部主要部分和内部次要部分；

- 所述次要部分被安装为所述主要部分内的单体插件以便被布置在所述聚焦区域周围；

- 所述次要部分包括围绕所述孔并充当磁收缩区（constriction）的腰部区域，其被配置成使得所述磁场在所述腰部区域中经受饱和，从而使磁通量离开腰部区域并且在所述聚焦区域中形成聚焦场。

本发明基于多个协同的洞察，如下：

- 使用在两个相对极片之间的空气间隙是促使磁通量逃脱轭并进入要在其中产生聚焦效应的区域中的传统方式。然而，此类空气间隙的存在实际上需要存在两个极片（具有随之而来的准确地对齐它们的纵轴的困难）。