Elektrostatische Korrektur der chromatischen und sphärischen Aberration von Teilchenlinsen

Bei niedrigen Beschleunigungsspannungen (U < 40 kV) besitzt die Korrektur der chromatischen und sphärischen Aberration von Teilchenlinsen durch rein elektrostatische Felder mehrere Vorteile gegenüber der bisherigen Korrektur mit elektromagnetischen Elementen. Elektrische Felder ermöglichen eine schnelle und reproduzierbare Justierung, die bei Verwendung von Magnetfeldern durch die Remanenz der Spulenkerne verhindert wird. Im Gegensatz zu elektromagnetischen Korrektoren kann ein rein elektrostatischer Korrektor in der Ionenoptik eingesetzt werden, da dann die Brechkraft unabhängig von der Masse ist. Das Prinzip der chromatischen Korrektur wird anschaulich an Hand eines lichtoptischen Analogons erläutert. Darüberhinaus wird auch formal gezeigt, daß die Scherzer-Bedingung, die die theoretische Formulierung des Korrekturprinzips darstellt, optimal zur Erzeugung eines negativen Farbfehlers ist. Aus diesen Überlegungen wird der Aufbau eines elektrostatischen Korrektors (ECO = Electrostatic COrrector) abgeleitet. Das System wird in mehreren Schritten, angefangen mit einfachen Modellen bis hin zu realistischen Elektrodenformen, optimiert. Die einfachen Modelle erlauben die effektive Suche nach der optimalen Einstellung. Mit Hilfe eines Ersatzladungsverfahrens, dessen Ladungselemente geladene Dreiecksflächen sind, werden verschiedene Elektrodenformen untersucht. Der Korrektor ECO verbessert die Auflösung des betrachteten Niederspannungsraster-Elektronenmikroskops mit Immersionsobjektivlinse (Objektpotential 1 kV, Säulenpotential 8 kV) von 6 nm auf 1.4 nm. Aufgrund des großen Komafehlers kann der Korrektor ECO nur im Rastermodus betrieben werden. Zur Übertragung eines ausgedehnten Bildfelds wird ein aplanatischer Korrektor benötigt. Solch ein Korrektor erfordert die Einstellung eines doppelsymmetrischen Verlaufs der Felder und der paraxialen Bahnen. Dieser Korrektor DECO (= Double-symmetric Electrostatic COrrector) erreicht bei der Korrektur der oben genannten Immersionsobjektivlinse eine Auflösung von 2.1 nm am Bildfeldrand. Die Bildfeldlänge beträgt 1500 nm, die Auflösung in der Bildfeldmitte 1.4 nm. Die Elektrodenformen beider Korrektoren sind hinsichtlich der chromatischen Korrektur, der maximalen Feldstärke des elektrischen Feldes und der auflösungsbegrenzenden Fehler höherer Ordnung optimiert. Die notwendige Stabilität der Spannungsversorgungen wird detailliert untersucht