JP2000011938A - Simulation method in charged particle optical system - Google Patents

Simulation method in charged particle optical system

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JP2000011938A
JP2000011938A JP10193585A JP19358598A JP2000011938A JP 2000011938 A JP2000011938 A JP 2000011938A JP 10193585 A JP10193585 A JP 10193585A JP 19358598 A JP19358598 A JP 19358598A JP 2000011938 A JP2000011938 A JP 2000011938A
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charged particle
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Atsushi Yamada
篤 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To exactly obtain a charged particle track which is remote from the optical axis with a short calculation time by describing an axial lens field in the form fitted to a C∞-class function, and describing the lens field outside an optical axis in the differential form of a function of the axial lens field for solving the track equation of charged particles. SOLUTION: An axial lens field of a charged particle optical system is calculated discretely to fit the discrete calculated axial lens field to a C∞-class function. Subsequently, the lens field outside the optical axis is expressed by the differential form of a function of the axial lens field, and the axial lens field fitted to C∞-class function, the lens field outside the optical axis expressed by a differential form of the function of the axial lens field, and the other given conditions are input to solve the trajectory equation of the charged particles. A means for solving the calculation of the axial lens field of the charged particle optical system discretely and a means for solving the trajectory equation of charged particles can use known means.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は荷電粒子光学系の設
計の際に用いられる荷電粒子線光学系のシミュレーショ
ン方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle beam optical system simulation method used in designing a charged particle optical system.

【0002】[0002]

【従来の技術】荷電粒子光学は幾何光学との対応づけか
ら発展してきた。すなわち、荷電粒子の軌道を理想軌道
からのズレ(収差)として記述するものである。具体的
な手法としては、荷電粒子の運動方程式を書き下し、定
常状態である、という仮定から、時間微分を光軸方向
(z)に対する全微分に置き換え(d/dt = (dz/dt) d/dz
=vz d/dz )、いわゆる軌道方程式を得る。この軌道
方程式をr(光軸からの距離)が十分小さいとして、テ
ーラー展開した方程式について考えるのが一般的であっ
た。
2. Description of the Related Art Charged particle optics has evolved from correspondence with geometric optics. That is, the trajectory of the charged particle is described as a deviation (aberration) from the ideal trajectory. As a specific method, we write down the equation of motion of the charged particle and replace the time derivative with the total derivative in the optical axis direction (z) from the assumption that it is in a steady state (d / dt = (dz / dt) d / dz
= v z d / dz), so-called orbit equation is obtained. It was common to consider this orbit equation as a Taylor-expanded equation, assuming that r (the distance from the optical axis) is sufficiently small.

【0003】すなわち、軌道方程式は、X. Zhu and E.
Munroの文献にも示されているように、
That is, the trajectory equation is described by X. Zhu and E.
As shown in the Munro literature,

【0004】[0004]

【数1】 である。ただし、*は複素共役、’は光軸方向((x,
y,z)直交座標系におけるz軸方向)に対する位置微
分、Bは磁束密度分布、Eは電場分布、Φは静電ポテン
シャル、η=e/mであり、eは荷電粒子の電荷、mは
荷電粒子の質量である。また、w=x+iyである。添
え字はその軸方向成分を示す。(以下同じ)
(Equation 1) It is. Where * is a complex conjugate and 'is an optical axis direction ((x,
y, z) position derivative with respect to the z-axis direction in an orthogonal coordinate system), B is a magnetic flux density distribution, E is an electric field distribution, Φ is an electrostatic potential, η = e / m, e is the charge of a charged particle, and m is It is the mass of the charged particles. Also, w = x + iy. The subscript indicates its axial component. (same as below)

【0005】電磁レンズ系について考えると、静電ポテ
ンシャル分布がないので、(1)式は、
When considering an electromagnetic lens system, there is no electrostatic potential distribution.

【数2】 と書ける。ただし、 C=(η/(2Φ))1/2 …(3) である。(3)式を計算機で解けるような形に書き直し、
(2)式を実部と虚部に分けて方程式とすると、
(Equation 2) I can write Here, C = (η / (2Φ)) 1/2 (3). Rewrite equation (3) in a form that can be solved by a computer,
If equation (2) is divided into a real part and an imaginary part to form an equation,

【0006】[0006]

【数3】 (Equation 3)

【数4】 となる。この方程式を解くことにより、所望の軌道が求
まる。
(Equation 4) Becomes By solving this equation, a desired trajectory is obtained.

【0007】この方程式を解くにあたって、展開の1次
までを考慮したものが、いわゆる近軸軌道方程式で、収
差のない理想的な光学系の解であり、二階の線形常微分
方程式となる。外場に円筒対称性のある場合(レンズ場
のみで偏向場のない場合)、この微分方程式は斉次方程
式となり、2つの独立な解をもつ。この微分方程式の任
意の解は、この2つの独立な解の線形結合で書くことが
できる。
In solving this equation, the so-called paraxial trajectory equation is a solution of an ideal optical system having no aberration, which is a second-order linear ordinary differential equation, taking the first-order expansion into consideration. If the external field has cylindrical symmetry (only the lens field and no deflection field), this differential equation becomes a homogeneous equation and has two independent solutions. Any solution to this differential equation can be written as a linear combination of the two independent solutions.

【0008】文献Numerical Analysis of electron bea
m lithography systems. H. C. Chuand E.Munro, Optik
61, 121 (1982)では、これらの独立解をそれぞれwa
道、wb軌道と呼んでいる。wa軌道は物面において、光
軸上を傾き1で出射する軌道、wb軌道は物面上の光軸か
ら1離れた点から傾き0で出射される軌道である。な
お、上記文献は、アパーチャの無い場合について記述し
ているが、アパーチャのある場合には、wb軌道は物面
上の光軸から1(単位量)離れた点からアパーチャを通
るように出射される軌道をとる。
Document Numerical Analysis of electron bea
m lithography systems.HC Chuand E. Munro, Optik
61, the 121 (1982), and these independent solutions to w a track respectively, called w b trajectory. In w a trajectory object plane, track for emitting at 1 slope on the optical axis, w b trajectory is a trajectory which is emitted by the gradient from 0 point away 1 from the optical axis on the object plane. The above documents, the discussion of the absence of the aperture, when there is a aperture, w b trajectory emitted so as to pass through the aperture from the point spaced 1 (unit amount) from the optical axis on the object plane Orbit.

【0009】3次までの展開式では、この微分方程式は
非斉次方程式となり、前述斉次方程式の解waとwbを用
い、ある種の近似方法により解析的に(積分形式を含む
が)解くことができる。この積分をいわゆる収差積分と
呼ぶ。この方法では、像面において、理想的には、傾き
αで位置Bに到達すべき軌道が、理想位置からどれだけ
ずれるかをαとBに関する3次式に収差係数と呼ばれる
前述の収差積分をかけた形式で表すことができる。この
ズレがいわゆる3次収差である。
[0009] In deployable up to the third order, the differential equation becomes inhomogeneous equation, using the solution w a and w b of the aforementioned homogeneous equations, including analytically (integral form by some method of approximating ) Can be solved. This integration is called so-called aberration integration. In this method, on the image plane, ideally, the above-mentioned aberration integral called an aberration coefficient is calculated by a cubic expression relating to α and B by how much the trajectory to reach the position B with the inclination α is shifted from the ideal position. It can be expressed in a multiplied form. This shift is a so-called third-order aberration.

【0010】同様に前述の常微分方程式に5次までの展
開式を取り込んだ場合の理想軌道からのずれを5次まで
の収差、7次までの展開式を取り込んだ場合の理想軌道
からのずれを7次までの収差と呼ぶ。本明細書におい
て、n次の収差軌道というのは、これら従来法において
n次までの展開式を取り込んだ場合の荷電粒子の軌道の
ことである。
Similarly, the deviation from the ideal trajectory when the expansion equation up to the fifth order is taken into the above-mentioned ordinary differential equation is the aberration up to the fifth order, and the deviation from the ideal trajectory when the expansion equation up to the seventh order is fetched. Are referred to as aberrations up to the seventh order. In the present specification, the nth-order aberration trajectory is the trajectory of a charged particle when the expansion formula up to the nth order is taken in these conventional methods.

【0011】以上のような収差計算の手順の例を図13
(A)に示す。まず、ステップS21において、計算条
件の読み込みを行う。すなわち、像面位置、物面位置、
アパーチャ位置、ビームエネルギー、レンズデータ、開
き角、近軸軌道の像面位置、エネルギーの広がり等の条
件を入力する。
FIG. 13 shows an example of the procedure of the above-described aberration calculation.
It is shown in (A). First, in step S21, calculation conditions are read. That is, image plane position, object plane position,
Conditions such as aperture position, beam energy, lens data, aperture angle, image plane position of paraxial trajectory, energy spread, etc. are input.

【0012】次にステップS22において、軸上レンズ
場を離散的に計算し、計算されなかった点のレンズ場を
m次スプライン関数で補間する。そして、ステップS2
3において、スプライン関数で補間した軸上レンズ場の
m階の微分を求める。次にステップS24において、焦
点位置を像面に合わせるように、前提条件として与えた
レンズの励磁電流を調節する。その後、ステップ25に
おいて軸上レンズ場とその一階微分を用いて近軸軌道の
計算を行う。そして、ステップ27において、m次収差
係数の計算を行い、ステップ28においてその結果を出
力する。
Next, in step S22, an on-axis lens field is calculated discretely, and the lens field at a point not calculated is interpolated by an m-order spline function. Then, step S2
In step 3, the m-th derivative of the on-axis lens field interpolated by the spline function is obtained. Next, in step S24, the excitation current of the lens given as a precondition is adjusted so that the focal position is adjusted to the image plane. Thereafter, in step 25, the paraxial trajectory is calculated using the on-axis lens field and its first derivative. Then, in step 27, the m-th order aberration coefficient is calculated, and in step 28, the result is output.

【0013】一方、軌道方程式を直接解く方法も知られ
ている。これは、有限要素法等を利用して直接軌道方程
式を解く方法である。この例を図12(B)に示す。図
12(B)に示す手順では、まず、ステップS31にお
いて、計算条件の読み込みを行う。すなわち、像面位
置、物面位置、アパーチャ位置、ビームエネルギー、レ
ンズ場、開き角、近軸軌道の像面位置、エネルギーの広
がり等の条件を入力する。このとき、レンズ場について
は、各メッシュポイントごとのデータを入力する。メッ
シュ点以外のレンズ場については、ステップS32で補
間により求める。
On the other hand, a method of directly solving an orbit equation is also known. This is a method of directly solving an orbit equation using a finite element method or the like. This example is shown in FIG. In the procedure shown in FIG. 12B, first, in step S31, calculation conditions are read. That is, conditions such as an image plane position, an object plane position, an aperture position, a beam energy, a lens field, an opening angle, an image plane position of a paraxial trajectory, and energy spread are input. At this time, for the lens field, data for each mesh point is input. The lens fields other than the mesh points are obtained by interpolation in step S32.

【0014】次に、ステップS33において軌道の初期
条件を導出し、これに基づいて、ステップS34におい
て直接軌道方程式を解いて厳密軌道を求め、ステップS
35で出力を行う。
Next, in step S33, the initial condition of the trajectory is derived, and based on this, the exact trajectory is obtained by directly solving the trajectory equation in step S34.
Output is performed at 35.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記収
差計算を行う方法においては、大面積一括露光等を考え
る場合において、5次以上の収差が必要となるであろう
と考えられるが、実際に、収差係数として、計算機で計
算し、理論的に収差の意味づけができるのは、7次程度
までであろうと推定される(実際市販の収差係数計算ソ
フトは5次までのものしかない)。また、ある次数の収
差を求めた場合に、それが満足すべき精度を有するもの
なのか、それとも更に高次までの収差を考慮しなければ
ならないかどうかの判断がつかないという問題点があ
る。
However, in the method of performing the above-described aberration calculation, it is considered that fifth-order or higher aberrations will be required when considering a large-area batch exposure or the like. It is estimated that the calculation of the coefficient by a computer and the meaning of the aberration can be theoretically given up to about the 7th order (actually, there is only the fifth order aberration coefficient calculation software on the market). Further, when an aberration of a certain order is obtained, it is difficult to determine whether the aberration has a satisfactory accuracy or whether it is necessary to consider aberrations up to a higher order.

【0016】また、図13(A)に示される手順を見て
も分かるように、軸上レンズ場をm次スプライン関数で
補間し、これについて以後の計算に必要な軸上レンズ場
のm階の微分を求めているので、微分がm階に近くなる
に従って精度が悪くなってくるという問題を有してい
る。
Further, as can be seen from the procedure shown in FIG. 13A, the on-axis lens field is interpolated by an m-th order spline function, and the m-th order of the on-axis lens field required for subsequent calculations is calculated. , The accuracy becomes worse as the derivative gets closer to the mth order.

【0017】従来の直接軌道方程式を解く方法には、こ
のような問題点はないが、軸外レンズ場をかなりの高精
度で求める必要がある。すなわち、多大なメッシュポイ
ントでの正確なレンズ場が要求されるため、計算時間等
の点で極めて不利であるという別の問題を有する。
Although the conventional method of solving the direct trajectory equation does not have such a problem, it is necessary to obtain the off-axis lens field with a considerably high accuracy. In other words, there is another problem that an accurate lens field at a large number of mesh points is required, which is extremely disadvantageous in terms of calculation time and the like.

【0018】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、計算時間を短くでき、かつ、光軸から遠い位
置に到達する軌道も厳密に評価可能な荷電粒子光学系の
シミュレーション方法を提供すること、従来の特定次数
までの展開式を取り込んだ計算を行う場合に、どの次数
までを取り込むかを決定する荷電粒子光学系のシミュレ
ーション方法を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a method of simulating a charged particle optical system that can shorten the calculation time and can accurately evaluate the trajectory reaching a position far from the optical axis. An object of the present invention is to provide a method of simulating a charged particle optical system that determines which order to take in when performing a calculation incorporating a conventional expansion equation up to a specific order.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、荷電粒子光学系をシミュレーションす
る方法であって、軸上レンズ場をC級の関数にフィッ
トさせた形式で記述すると共に、光軸外のレンズ場を上
記軸上レンズ場の関数の微分形式で記述して荷電粒子の
軌道方程式を解く工程を含むことを特徴とする荷電粒子
光学系のシミュレーション方法(請求項1)によって解
決される。
First means for solving the problems To achieve the above object, according to a method of simulating a charged particle optical system, in a form to fit the axial lens field in the C class function A method for simulating a charged particle optical system, comprising a step of describing a lens field off the optical axis in a differential form of a function of the on-axis lens field and solving a trajectory equation of the charged particle. It is solved by 1).

【0020】本手段においては、軸上レンズ場を離散的
な形で求め、それをC級の関数にフィットさせた形式
で記述する。そして、光軸外のレンズ場については、こ
の軸上レンズ場の関数の微分形式で記述する。
In the present means, we obtain the axial lens field in discrete form, to describe it in a format fit to C class functions. The off-axis lens field is described in a differential form of the function of the on-axis lens field.

【0021】従来の計算方法(例えばMEBS社製ABERやAB
ER5)では、軸上レンズ場の計算は有限要素法で行い、
その方法で得られた離散的な値をスプライン内挿で補間
して軸上レンズ場を得ていたが、3次スプライン(Cubi
c spline)ではC3級、5次スプラインではC5級であ
り、高階微分不可能である。これに対し、本手段におい
ては、軸上レンズ場はC級の関数にフィットさせた形
式で記述されているので、任意の階数の微分を行うこと
ができ、精度が向上する。
Conventional calculation methods (for example, ABER and AB manufactured by MEBS)
In ER5), the calculation of the on-axis lens field is performed by the finite element method,
Discrete values obtained by this method were interpolated by spline interpolation to obtain an on-axis lens field, but a cubic spline (Cubi
c spline) in C 3 primary, the fifth-order spline is C 5 primary, high-order differential impossible. In contrast, in the present means, since the axial lens field is described in a format to fit a function of C grade, it is possible to perform the derivative of any rank, the accuracy is improved.

【0022】それ故、このようにして記述された軸上レ
ンズ場と光軸外のレンズ場を荷電粒子の軌道方程式に代
入し、軌道方程式を解くことにより、光軸より遠く離れ
た荷電粒子軌道についても厳密に求めることができる。
そして、レンズ場が、C級の関数及びその微分形で表
わされているため、従来の軌道方程式を直接解く方法に
比して計算時間を大幅に短縮することができる。
Therefore, by substituting the on-axis lens field and the off-axis lens field described above into the charged particle trajectory equation and solving the trajectory equation, the charged particle trajectory far away from the optical axis is obtained. Can also be determined exactly.
Since the lens field is represented by a C∞ class function and its differential form, the calculation time can be significantly reduced as compared with the conventional method of directly solving the trajectory equation.

【0023】このようなシミュレーションを行う装置
は、荷電粒子光学系の軸上レンズ場を離散的に計算する
手段と、離散的に計算された軸上レンズ場をC級の関
数にフィットさせる手段と、光軸外のレンズ場を上記軸
上レンズ場の関数の微分形式で表わす手段と、C級の
関数にフィットされた軸上レンズ場、軸上レンズ場の関
数の微分形式で表わされた光軸外のレンズ場、及び与え
られた他の条件を入力として荷電粒子の軌道方程式を解
く手段を有することにより構成できる。荷電粒子光学系
の軸上レンズ場を離散的に計算する手段と荷電粒子の軌
道方程式を解く手段は、従来より周知の手段を使用でき
る。
The apparatus for performing such a simulation, the means for fitting and means for discretely calculate axial lens field of charged particle optical system, the discretely calculated axial lens field in the C class function Means for expressing the off-axis lens field in a differential form of the function of the on-axis lens field, an on-axis lens field fitted to a C∞ class function, and a differential form of the function of the on-axis lens field It can be configured by having means for solving the trajectory equation of the charged particle with the input off-axis lens field and other given conditions as inputs. As means for discretely calculating the on-axis lens field of the charged particle optical system and means for solving the trajectory equation of charged particles, conventionally known means can be used.

【0024】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段であって、前記C級の関数をフーリエ
級数とすることを特徴とするもの(請求項2)である。
A second means for solving the above-mentioned problem is as follows.
The first means, wherein the function of the C∞ class is a Fourier series (Claim 2).

【0025】関数をフーリエ級数とすることにより、容
易にC級の関数を得ることができる。
By making the function a Fourier series, it is possible to easily obtain a function of class C∞ .

【0026】このようなシミュレーションを行う装置
は、前記第1の手段において説明したシミュレーション
を行う装置の、離散的に計算された軸上レンズ場をC
級の関数にフィットさせる手段を、軸上レンズ場をフー
リエ変換することにより実現できる。
An apparatus for performing such a simulation is obtained by converting a discretely calculated on-axis lens field of the apparatus for performing a simulation described in the first means into C ∞.
The means for fitting to the class function can be realized by Fourier transforming the on-axis lens field.

【0027】前記課題を解決するための第3の手段は、
荷電粒子光学系をシミュレーションする方法であって、
軸上レンズ場をCn級の関数にフィットさせた形式で記
述すると共に、光軸外のレンズ場を上記軸上レンズ場の
関数の微分形式で記述して荷電粒子の軌道方程式を解く
工程を含むことを特徴とする荷電粒子光学系のシミュレ
ーション方法(請求項3)である。
A third means for solving the above-mentioned problem is as follows.
A method for simulating a charged particle optical system, comprising:
The process of solving the orbit equation of a charged particle by describing the on-axis lens field in a form fitted to a function of the C n class and describing the off-axis lens field in a differential form of the function of the on-axis lens field is described. A method for simulating a charged particle optical system (claim 3).

【0028】本手段は、前記第1の手段におけるC
の関数の代わりにCn級の関数を使用するものである。
実用的には、要求される微分の階数は無限大ではありえ
ないので、nを適当に定め、軸上レンズ場をCn級の関
数にフィットさせた形式で記述すると共に、光軸外のレ
ンズ場を上記軸上レンズ場の関数の微分形式で記述し、
その上で荷電粒子の軌道方程式を解くことにより、前記
第1の手段と余り変わらない精度を得ることができ、前
記第1の手段に比して計算時間を短縮することができ
る。実用上は、nは11〜19程度である。
[0028] This means is to use a function of C n class instead of a function of C class in the first means.
In practice, the order of differentiation required cannot be infinite, so that n is appropriately determined, the on-axis lens field is described in a form fitted to a function of the C n class, and the off-axis lens field is described. Is described in a differential form of the function of the on-axis lens field,
By solving the orbit equation of the charged particles on the basis thereof, it is possible to obtain the same accuracy as in the first means, and it is possible to shorten the calculation time as compared with the first means. Practically, n is about 11 to 19.

【0029】このようなシミュレーションを行う装置
は、荷電粒子光学系の軸上レンズ場を離散的に計算する
手段と、離散的に計算された軸上レンズ場をCn級の関
数にフィットさせる手段と、光軸外のレンズ場を上記軸
上レンズ場の関数の微分形式で表わす手段と、Cn級の
関数にフィットされた軸上レンズ場、軸上レンズ場の関
数の微分形式で表わされた光軸外のレンズ場、及び与え
られた他の条件を入力として荷電粒子の軌道方程式を解
く手段を有することにより構成できる。荷電粒子光学系
の軸上レンズ場を離散的に計算する手段と荷電粒子の軌
道方程式を解く手段は、従来より周知の手段を使用でき
る。
The apparatus for performing such a simulation, the means for fitting and means for discretely calculate axial lens field of charged particle optical system, the discretely calculated axial lens field in C n class function If, means for representing the off-axis of the lens field in differential form of the function of the on-axis lens field, C n class functions axial lens field which is fitted to the table in the derivative form of a function of the axial lens field It can be configured by having means for solving the trajectory equation of the charged particle with the input off-axis lens field and other given conditions as inputs. As means for discretely calculating the on-axis lens field of the charged particle optical system and means for solving the trajectory equation of charged particles, conventionally known means can be used.

【0030】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第3の手段であって、前記Cn級の関数をべき級数
としたことを特徴としたするもの(請求項4)である。
A fourth means for solving the above-mentioned problem is:
The third means is characterized in that the C n class function is a power series (claim 4).

【0031】べき級数とすることにより、Cn級の関数
を容易に得ることができる。このようなシミュレーショ
ンを行う装置は、前記第3の手段において説明したシミ
ュレーションを行う装置の、離散的に計算された軸上レ
ンズ場をCn級の関数にフィットさせる手段を、軸上レ
ンズ場をべき級数にフィットさせるものとすることによ
り実現できる。
By using a power series, a function of class C n can be easily obtained. The apparatus for performing such a simulation includes a means for fitting the discretely calculated on-axis lens field to a function of the C n class of the apparatus for performing the simulation described in the third means. This can be realized by fitting to a power series.

【0032】前記課題を解決するための第5の手段は、
前記第4の手段であって、上記べき級数を得る手法とし
て、もとの離散的なデータを最小自乗法でフィッティン
グして得ることを特徴とするもの(請求項5)である。
A fifth means for solving the above problem is as follows.
The fourth means is characterized in that the method for obtaining the power series is obtained by fitting original discrete data by a least squares method (claim 5).

【0033】最小自乗法でべき級数にフィッティングさ
せることにより、容易にべき級数を得ることができる。
このようなシミュレーションを行う装置は、前記第4の
手段において説明したシミュレーションを行う装置の、
離散的に計算された軸上レンズ場をべき級数にフィット
させる手段の動作を、最小自乗法でフィッティングを行
うようにすることにより実現できる。
The power series can be easily obtained by fitting the power series by the least square method.
An apparatus for performing such a simulation is an apparatus for performing the simulation described in the fourth means,
The operation of the means for fitting a discretely calculated on-axis lens field to a power series can be realized by performing fitting by the least square method.

【0034】前記課題を解決するための第6の手段は、
前記第1の手段から第5の手段のいずれかの手段を用い
て記述した軸上レンズ場と光軸外のレンズ場を用い、荷
電粒子の軌道方程式を直接的に解いて荷電粒子の軌道を
求める工程を含むことを特徴とする荷電粒子光学系のシ
ミュレーション方法(請求項6)である。
A sixth means for solving the above-mentioned problem is:
Using the on-axis lens field and the off-axis lens field described using any one of the first to fifth means, the trajectory of the charged particle is directly solved by solving the trajectory equation of the charged particle. A method of simulating a charged particle optical system, which comprises a step of obtaining a charged particle optical system.

【0035】前記第1の手段から第5の手段のいずれに
おいても、軸上レンズ場はC級の関数又はCn級の関
数にフィットされており、光軸外のレンズ場は、これら
軸上レンズ場の微分形式で表わされているので、荷電粒
子の軌道方程式を直接的に解いても、すなわち展開等に
より近似すること無く解いても、計算時間が短くて済
む。そして、荷電粒子の軌道方程式を直接的に解くこと
により、荷電粒子軌道を正確に求めることができる。
[0035] In the above either from the first means fifth means, the axial lens field is fit to a function or C n class functions C grade, off-axis of the lens field, these axes Since the differential equation of the upper lens field is expressed, the calculation time can be shortened even if the orbit equation of the charged particle is directly solved, that is, solved without being approximated by expansion or the like. By directly solving the charged particle trajectory equation, the charged particle trajectory can be accurately obtained.

【0036】従来のように、レンズ場を展開形式で用
い、理想軌道からのずれ(いわゆる収差)を求めた場合
には、展開の次数が増えるにしたがって現れる収差の数
が莫大になり、各収差自体の意味付けも非情に複雑にな
る。それに従い、数値計算プログラム作成上のミス(バ
グ)も出現する頻度が高くなる。上記のように直接運動
方程式を解く方法では、収差係数としての具体的な値を
得ることはできないが、ある条件で物面を出た軌道が、
像面ではどのような位置、角度で入射するかを厳密に得
ることができる。
As in the conventional case, when the deviation from the ideal orbit (so-called aberration) is obtained by using the lens field in a developed form, the number of aberrations which appear as the degree of development increases becomes enormous. The meaning of itself is also sadly complicated. Accordingly, the frequency of mistakes (bugs) in creating the numerical calculation program also increases. With the method of directly solving the equation of motion as described above, it is not possible to obtain a specific value as the aberration coefficient, but the trajectory that has left the object surface under certain conditions is
At the image plane, it is possible to exactly obtain the position and angle at which the light is incident.

【0037】このようなシミュレーションを行う装置
は、前記第1の手段から第5の手段において説明したシ
ミュレーションを行う装置の、荷電粒子の軌道方程式を
解く手段を、荷電粒子の軌道方程式を直接的に解くもの
とすることにより実現できる。
The apparatus for performing such a simulation includes a means for solving the trajectory equation of the charged particles of the apparatus for performing the simulation described in the first to fifth means, and the trajectory equation for the charged particles directly. It can be realized by solving it.

【0038】前記課題を解決するための第7の手段は、
同じ初期条件で物面を出射した代表的な荷電粒子の軌道
を、前記第1の手段から第6の手段のいずれかの方法と
m次の収差軌道を求める方法によりそれぞれ求め、前者
の方法によって求めた軌道の像面での位置をR、後者
の方法によって求めた軌道の像面での位置をRmとし、
前記第1の手段から第6の手段のいずれかの方法により
求めた、物面を開き角0で出射した荷電粒子の軌道の像
面での位置をR 0とするとき、|Rm−R|/|R
0|に応じて、計算に必要な収差の次数を求め、以後
の軌道計算を、必要な収差の次数による収差軌道を求め
ることによって行う工程を含むことを特徴とする荷電粒
子光学系のシミュレーション方法(請求項7)である。
(ただし、|Rm−R|はRmとRの距離、|R−R
0|はRとR 0との距離である。)図1に、像面に
おける荷電粒子軌道のスポットダイヤグラムを示す。ス
ポットダイヤグラムとは、像面のある点から、ある特定
の開き角において、その全ての方向に対して飛び出した
荷電粒子が、像面に到達した位置を図示したものであ
る。図1においては、像面をx−y平面とし、光軸を原
点として示してある。
A seventh means for solving the above-mentioned problem is as follows.
The trajectory of a representative charged particle emitted from the object surface under the same initial conditions is obtained by any one of the first to sixth means and the method of obtaining the m-th order aberration trajectory. The position of the obtained trajectory on the image plane is R 、, the position of the trajectory obtained on the image plane by the latter method is R m ,
The determined by any of the methods from the first means sixth means, the position of the image plane of the orbit of the charged particles emitted by the opening angle 0 the object plane when the R 0, | R m - R | / | R
A charged particle optical system characterized by including a step of obtaining an order of aberration required for calculation in accordance with R 0 | and performing subsequent trajectory calculation by obtaining an aberration trajectory according to the required order of aberration. This is a simulation method (claim 7).
(However, | R m -R | is the distance between R m and R 、, | R -R
0 | is the distance between R and R 0 . FIG. 1 shows a spot diagram of the charged particle trajectory on the image plane. The spot diagram is a diagram illustrating a position at which a charged particle that has protruded in all directions from a certain point on the image plane at a specific opening angle reaches the image plane. In FIG. 1, the image plane is shown as the xy plane, and the optical axis is shown as the origin.

【0039】R0は近軸軌道であり、各楕円は、それぞ
れ前記第1の手段〜第6の手段のいずれかにより求めた
スポットダイヤグラム(直接軌道スポットダイヤグラム
という、なお、前記第1の手段〜第6の手段のいずれか
により求めた荷電粒子の軌道を直接軌道という)、従来
法で3次までの展開式を考慮して求めたスポットダイヤ
グラム(3次収差軌道スポットダイヤグラムという)、
5次までの展開式を考慮して求めたスポットダイヤグラ
ム(5次収差軌道スポットダイヤグラムという)を示
す。R 0は、直接軌道において、開き角0で飛び出し
た荷電粒子が像面に到達する点である。R、R3、R5
は、物面において、それぞれ同一の点から同一の開き角
を持って飛び出した荷電粒子が像面に到達する点を、そ
れぞれの計算方式で求めたものである。rはR0とR
との距離、rtはR 0とRとの距離、r3はR3とR
との距離、r5はR5とRとの距離を示す。
R 0 is a paraxial trajectory, and each ellipse is a spot diagram obtained by any of the first to sixth means (referred to as a direct trajectory spot diagram; A trajectory of a charged particle obtained by any of the sixth means is referred to as a direct trajectory), a spot diagram obtained by considering a third-order expansion formula by a conventional method (referred to as a third-order aberration trajectory spot diagram),
A spot diagram (referred to as a fifth-order aberration orbit spot diagram) obtained in consideration of the expansion formula up to the fifth order is shown. R 0, in direct trajectory, the charged particles flying out in the opening angle 0 is the point which reaches the image plane. R , R 3 , R 5
Are obtained by calculating the points at which charged particles, which have jumped out of the same point at the same opening angle from the same point and reach the image plane, on the object surface. r is R 0 and R
The distance between the, r t is the distance between the R 0 and R ∞, r 3 is R 3 and R
And r 5 indicates the distance between R 5 and R .

【0040】これらのうち、直接軌道スポットダイヤグ
ラムが一番正確な位置を示している。よって、従来法で
計算したスポットダイヤグラムの正確さを、直接軌道ス
ポットダイヤグラムからの距離で表す。本手段において
は、RとR 0の距離を基準にして正規化する。すな
わち、r3/rt、r5/rt(|Rm−R|/|R−R
0|,m=3,5)を計算し、この大きさに応じて、以後
の計算に使用する従来法の次数を計算する。
Of these, the direct orbit spot diagram indicates the most accurate position. Therefore, the accuracy of the spot diagram calculated by the conventional method is represented by the distance from the direct orbit spot diagram. In this means, normalization is performed based on the distance between R and R 0 . That, r 3 / r t, r 5 / r t (| R m -R ∞ | / | R ∞ -R ∞
0 |, m = 3, 5), and the order of the conventional method used in subsequent calculations is calculated according to the magnitude.

【0041】従来法においては、前述の非斉次方程式と
なり、前述斉次方程式の解waとwb等を一度計算すれ
ば、種々の荷電粒子の像面での位置は、いちいち方程式
を解かなくても、収差係数と開き角、及び近軸軌道の像
面での到達位置から簡単に計算できるので、計算時間節
約の観点からは、従来法を用いることが好ましい。よっ
て、本手段においては、代表的な点について、前記第1
の手段から第6の手段のいずれかによって厳密な解を求
め、従来法においてどの程度の次数までを考慮すれば、
厳密な解と大差がないかを判定する。そして、次数が決
定された後は、従来法を使用して軌道計算を行う。これ
により、計算時間が短いという従来法の特徴を生かしな
がら、正確な軌道計算が可能となる。
In the conventional method, the above-mentioned non-homogeneous equation is obtained. If the solutions w a and w b of the above-mentioned homogeneous equation are calculated once, the positions of various charged particles on the image plane can be solved by the equations. Even if they are not, the calculation can be easily performed from the aberration coefficient, the opening angle, and the arrival position of the paraxial trajectory on the image plane. Therefore, it is preferable to use the conventional method from the viewpoint of saving calculation time. Therefore, in this means, regarding the representative point, the first
If an exact solution is obtained by any of the means from the means of the sixth to the sixth and the order of the conventional method is considered,
Determine whether there is a great difference from the exact solution. After the order is determined, the trajectory calculation is performed using the conventional method. This enables accurate trajectory calculation while taking advantage of the feature of the conventional method that the calculation time is short.

【0042】このようなシミュレーションを行う装置
は、前記第1の手段から第6の手段において説明したシ
ミュレーションを行う装置が有する各手段に加え、m次
の収差軌道を求める手段と、前記R、Rm、R 0をも
とめるそれぞれの手段と、|Rm−R|/|R−R 0|
に応じて、計算に必要な収差の次数を求める手段と、以
後の軌道計算を、必要な収差の次数による収差軌道を求
めることによって行う手段とを有するようにすることに
より実現される。m次の収差軌道を求める手段は、従来
より周知のものが使用できる。
The apparatus for performing such a simulation, in addition to the means for apparatus for simulating described has the sixth means from the first means, and means for determining the m-th order aberration orbit, the R ∞, R m, and each of the means for obtaining the R ∞ 0, | R m -R ∞ | / | R ∞ -R ∞ 0 |
Accordingly, there is provided a means for obtaining the order of the aberration required for the calculation and a means for performing the subsequent trajectory calculation by obtaining the aberration trajectory based on the required order of the aberration. As the means for obtaining the m-th order aberration trajectory, a conventionally known means can be used.

【0043】前記課題を解決するための第8の手段は、
前記第7の手段であって、|Rm−R|/|R−R 0|
≦A(Aは要求される精度から決められる値で、0.3以
下の数字)となる最小の収差の次数mを、計算に必要な
収差の次数とすることを特徴とするもの(請求項8)で
ある。
Eighth means for solving the above-mentioned problem is:
The seventh means, wherein | R m -R | / | R -R 0 |
The minimum order m of aberration that satisfies ≦ A (A is a value determined from required accuracy and is a number of 0.3 or less) is set as the order of aberration required for calculation (claim 8). It is.

【0044】|Rm−R|/|R−R 0|をこの範囲に
押さえることにより、シミュレーションによるスポット
ダイヤグラムが実際のスポットダイヤグラムと大きくず
れることがなくなり、シミュレーションとして一応使用
できる精度が得られる。Aの値は、設計上要求される精
度から決定されるが、|Rm−R|/|R−R 0|が0.
3を超えると、スポットダイヤグラムのずれが大きくな
り、シミュレーション精度が悪くなって実用的でなくな
るので最大0.3とする。
By keeping | R m -R | / | R -R 0 | within this range, the spot diagram obtained by the simulation does not greatly deviate from the actual spot diagram, and the accuracy that can be used as a simulation is temporarily reduced. can get. The value of A is determined from the precision required in the design, but | R m -R | / | R -R 0 |
If it exceeds 3, the deviation of the spot diagram will increase, and the simulation accuracy will deteriorate, making it impractical.

【0045】このようなシミュレーションを行う装置
は、前記第7の手段において説明したシミュレーション
を行う装置において、|Rm−R|/|R−R 0|に応
じて、計算に必要な収差の次数を求める手段の機能を、
|Rm−R|/|R−R 0|≦Aとなる最小の収差の次
数を計算に必要な収差の次数とするものとすることによ
り実現できる。
The apparatus for performing such a simulation is different from the apparatus for performing the simulation described in the seventh means in that the calculation is necessary in accordance with | R m −R | / | R −R 0 |. The function of the means for determining the order of aberration is
| R m −R | / | R −R 0 | ≦ A can be realized by setting the minimum order of aberration to be the order of aberration required for calculation.

【0046】前記課題を解決するための第9の手段は、
同じ初期条件で物面を出射した代表的な荷電粒子の軌道
を、請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載の
方法とm次の収差軌道を求める方法によりそれぞれ求
め、前者の方法によって求めた軌道の像面での位置をR
、後者の方法によって求めた軌道の像面での位置をR
m、前記荷電粒子の近軸軌道の像面での位置をR0とする
とき、|Rm−R|/|R−R0|の大きさに応じて、計
算に必要な収差の次数を求め、以後の軌道計算を、必要
な収差の次数による収差軌道を求めることによって行う
工程を含むことを特徴とする荷電粒子光学系のシミュレ
ーション方法(請求項9)である。(ただし、|Rm−R
|はRmとRの距離、|R−R0|はRとR0との距
離である)。
A ninth means for solving the above-mentioned problem is:
The trajectory of a representative charged particle emitted from the object surface under the same initial condition is obtained by the method according to any one of claims 1 to 6 and the method of obtaining an m-th order aberration trajectory, respectively. Is the position on the image plane of the orbit determined by the method
, the position on the image plane of the trajectory obtained by the latter method is R
m , when the position of the charged particle on the image plane of the paraxial trajectory is R 0 , the aberration required for calculation depends on the magnitude of | R m −R | / | R −R 0 | A method for simulating a charged particle optical system, comprising a step of obtaining an order and performing subsequent trajectory calculation by obtaining an aberration trajectory according to a required order of aberration. (However, | R m -R
| is the distance between R m and R 、, and | R -R 0 | is the distance between R and R 0. )

【0047】ここに、荷電粒子の近軸軌道の像面での位
置R0は、前述したように、軌道方程式を展開の1次まで
を考慮して求めた、いわゆる近軸軌道方程式を解くこと
により求められる。
Here, the position R 0 of the charged particle on the image plane of the paraxial trajectory is determined by solving the so-called paraxial trajectory equation obtained by considering the trajectory equation up to the first order of expansion as described above. Required by

【0048】開き角が小さい光学系においては、スポッ
トダイヤグラムの形状を一致させる必要がなく、荷電粒
子線の位置のみが重要となってくる。このような場合に
は、RmとRの距離を正規化する値として、|R−R
0|を使用するのが適当である。これにより、従来法によ
る計算に必要とされる次数を過不足なく見積もることが
できる。以後の計算を従来法によって行うことが好まし
い理由は、前記第8の手段の説明で述べた理由と同じで
ある。
In an optical system having a small opening angle, it is not necessary to match the shapes of the spot diagrams, and only the position of the charged particle beam becomes important. In such a case, as a value for normalizing the distance R m and R ∞, | R -R
It is appropriate to use 0 |. As a result, the order required for the calculation by the conventional method can be estimated without excess or deficiency. The reason that the subsequent calculation is preferably performed by the conventional method is the same as the reason described in the description of the eighth means.

【0049】このようなシミュレーションを行う装置
は、前記第1の手段から第6の手段で説明したシミュレ
ーションを行う装置が有する各手段に加え、m次の収差
軌道を求める手段と、前記R、Rm、R0を求めるそれ
ぞれの手段と、|Rm−R|/|R−R0|の大きさに応
じて、計算に必要な収差の次数を求める手段と、以後の
軌道計算を、必要な収差の次数による収差軌道を求める
ことによって行う手段とを有するようにすることにより
実現される。m次の収差軌道を求める手段は、従来より
周知のものが使用できる。
The apparatus for performing such a simulation, in addition to the means for apparatus for performing the simulation described in the sixth means from said first means having, means for determining the m-th order aberration orbit, the R ∞, Means for obtaining R m and R 0 , means for obtaining the order of aberration required for calculation according to the magnitude of | R m -R | / | R -R 0 |, and subsequent trajectory calculation Is obtained by obtaining an aberration trajectory according to the required order of aberration. As the means for obtaining the m-th order aberration trajectory, a conventionally known means can be used.

【0050】前記課題を解決するための第10の手段
は、前記第9の手段であって、|Rm−R|/|R−R
0|≦B(Bは要求される精度から決められる値で、0.1
以下の数字)となる最小の収差の次数を、計算に必要な
収差の次数とすることを特徴とするもの(請求項10)
である。
A tenth means for solving the above-mentioned problem is the ninth means, wherein | R m -R | / | R -R
0 | ≤ B (B is a value determined from the required accuracy, 0.1
The minimum order of the aberration that satisfies the following number) is set as the order of the aberration required for calculation (claim 10).
It is.

【0051】|Rm−R|/|R−R0|をこの範囲に押
さえることにより、シミュレーションによる荷電粒子の
軌道が実際の軌道と大きくずれることがなくなり、シミ
ュレーションとして一応使用できる精度が得られる。B
の値は、設計上要求される精度から決定されるが、|Rm
−R|/|R−R0|が0.1を超えると、荷電粒子軌道
の位置のずれが大きくなり、シミュレーション精度が悪
くなって実用的でなくなるので、最大値を0.1とする。
By keeping | R m -R | / | R -R 0 | within this range, the trajectory of the charged particles in the simulation does not greatly deviate from the actual trajectory, and the accuracy that can be used as a simulation is temporarily reduced. can get. B
Is determined from the accuracy required for design, but | R m
If −R | / | R -R 0 | exceeds 0.1, the deviation of the position of the charged particle trajectory becomes large, and the simulation accuracy deteriorates, which is not practical. Therefore, the maximum value is set to 0.1.

【0052】このようなシミュレーションを行う装置
は、前記第9の手段において説明したシミュレーション
を行う装置において、|Rm−R|/|R−R0|に応じ
て、計算に必要な収差の次数を求める手段の機能を、|
m−R|/|R−R0|≦Bとなる最小の収差の次数
mを計算に必要な収差の次数とするものとすることによ
り実現できる。
The device for performing such a simulation is the same as the device for performing the simulation described in the ninth means, except that the aberrations required for the calculation are determined in accordance with | R m -R | / | R -R 0 |. Function of means to find the order of
This can be realized by setting the minimum order m of the aberration that satisfies R m −R | / | R −R 0 | ≦ B as the order of the aberration required for calculation.

【0053】前記課題を解決するための第11の手段
は、同じ初期条件で物面を出射した代表的な荷電粒子の
軌道を、請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記
載の方法とm次の収差軌道を求める方法によりそれぞれ
求め、前者の方法によって求めた軌道の像面での位置を
、後者の方法によって求めた軌道の像面での位置を
mとするとき、|R−Rm|の大きさに応じて、計算に
必要な収差の次数を求め、以後の軌道計算を、必要な収
差の次数による収差軌道を求めることによって行う工程
を含むことを特徴とする荷電粒子光学系のシミュレーシ
ョン方法(請求項11)である。(ただし、|R−Rm
|はRとRmの距離である)。
According to an eleventh means for solving the above-mentioned problem, the trajectory of a representative charged particle which has exited the object surface under the same initial condition is described in any one of claims 1 to 6. When the position on the image plane of the trajectory obtained by the former method is R 、, and the position on the image surface of the trajectory obtained by the latter method is R m , | R −R m |, and calculating the order of the aberration required for the calculation, and performing the subsequent trajectory calculation by obtaining the aberration trajectory according to the required order of the aberration. A simulation method of a charged particle optical system (claim 11). (However, | R -R m
Is the distance between R and R m ).

【0054】スポットダイヤグラムの形状を一致させる
必要がなく、荷電粒子線の位置の絶対精度が必要とされ
る場合は、RとRmの距離の大きさそのもので従来法
の精度を評価することが好ましい。具体的には、R
mの距離が設計条件から求まる所定値以下となるよう
な最小の収差の次数を、計算に必要な収差の次数とする
ようにすればよい。これにより、従来法による計算に必
要とされる次数を過不足なく見積もることができる。以
後の計算を従来法によって行うことが好ましい理由は、
前記第8の手段の説明で述べた理由と同じである。
When it is not necessary to match the shapes of the spot diagrams and absolute accuracy of the position of the charged particle beam is required, the accuracy of the conventional method should be evaluated by the distance itself between R and R m. Is preferred. Specifically, the minimum order of aberration such that the distance between R and R m is equal to or less than a predetermined value obtained from design conditions may be set as the order of aberration required for calculation. As a result, the order required for the calculation by the conventional method can be estimated without excess or deficiency. The reason that it is preferable to perform the subsequent calculations by the conventional method is as follows.
The reason is the same as that described in the description of the eighth means.

【0055】このようなシミュレーションを行う装置
は、前記第1の手段から第6の手段で説明したシミュレ
ーションを行う装置が有する各手段に加え、m次の収差
軌道を求める手段と、前記R、Rmを求めるそれぞれ
の手段と、|R−Rm|の大きさに応じて、計算に必要
な収差の次数を求める手段と、以後の軌道計算を、必要
な収差の次数による収差軌道を求めることによって行う
手段とを有するようにすることにより実現される。m次
の収差軌道を求める手段は、従来より周知のものが使用
できる。
[0055] device for performing such a simulation, in addition to the means for apparatus for performing the simulation described in the sixth means from said first means having, means for determining the m-th order aberration orbit, the R ∞, and each means for obtaining the R m, | R ∞ -R m | depending on the size, means for determining the order of the aberration required for the calculation, the subsequent trajectory calculation, the aberration orbit by orders of required aberration This is realized by having means for performing the determination. As the means for obtaining the m-th order aberration trajectory, a conventionally known means can be used.

【0056】前記課題を解決するための第12の手段
は、同じ初期条件で物面を出射した荷電粒子の軌道を、
請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載の方法
とm次の収差軌道を求める方法によりそれぞれ求め、前
者の方法によって求めた軌道の像面での位置をR、後
者の方法によって求めた軌道の像面での位置をRm、前
記荷電粒子の近軸軌道の像面での位置をR0とすると
き、|Rm−R|/|R−R0|の最大値を所定値にする
近軸軌道の像面での光軸からの距離R0(m)maxを各m次
の収差軌道についてそれぞれ求め、鏡筒長(物面と像面
との距離)をLとし、フィールドサイズをFとするとき
(1/2)1/2・F/Lが、m次の収差軌道を求める方法によ
って求められた前記近軸軌道の像面での光軸からの距離
0(m)maxと鏡筒長との比R0(m)max/Lより小さくな
り、R0(m-2)max/Lより大きくなるmを決定し、以後
の計算を、m次の収差軌道を求めることによって行う工
程を含むことを特徴とする荷電粒子光学系のシミュレー
ション方法(請求項12)である。(ただし、|Rm−R
|はRmとRの距離、|R−R0|はRとR0の距離
である。)
A twelfth means for solving the above-mentioned problem is that a trajectory of a charged particle which has exited an object surface under the same initial conditions is
The method according to any one of claims 1 to 6, and a method for calculating an m-th order aberration trajectory, respectively, wherein the position of the trajectory obtained by the former method on the image plane is R∞ , and the latter method. Where R m is the position of the orbit on the image plane and R 0 is the position of the charged particle on the image plane of the paraxial orbit, the value of | R m −R | / | R −R 0 | The distance R 0 (m) max from the optical axis of the paraxial trajectory to the image plane at which the maximum value becomes a predetermined value is obtained for each m-th order aberration trajectory, and the lens barrel length (the distance between the object plane and the image plane) Is L and the field size is F
(1/2) 1/2 · F / L is the distance R 0 (m) max from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectory and the lens barrel length obtained by the method for obtaining the m-th order aberration trajectory. Is determined to be smaller than R 0 (m) max / L and larger than R 0 (m−2) max / L, and the subsequent calculation is performed by obtaining the m-th order aberration trajectory. A method of simulating a charged particle optical system (claim 12). (However, | R m -R
| is the distance between R m and R 、, and | R -R 0 | is the distance between R and R 0 . )

【0057】ここに、フィールドサイズというのは、像
面での近軸軌道の光軸からの距離に21/2を掛けたもの
のことである。また、|Rm−R|/|R−R0|の最大
値を所定値にする近軸軌道の像面での光軸からの距離R
0(m)maxとは、物面において同じ位置から大きさが等し
く方向の異なる開き角で出射した種々の荷電粒子につい
て、|Rm−R|/|R−R0|の最大値を所定値にする
近軸軌道の像面での光軸からの距離を計算したもののこ
とである。
Here, the field size is obtained by multiplying the distance from the optical axis of the paraxial orbit on the image plane by 21/2 . Further, the distance R from the optical axis on the image plane of the paraxial orbit that sets the maximum value of | R m -R | / | R -R 0 |
0 (m) max is the maximum value of | R m −R | / | R −R 0 | for various charged particles emitted from the same position at the same position on the object surface at different opening angles in the same direction. Is calculated as the distance from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectory that makes 所 定 a predetermined value.

【0058】他の条件が同じの場合、近軸軌道の光軸か
らの距離R0(m)maxを鏡筒長Lで正規化する。フィール
ドサイズFと鏡筒長Lとの比(1/2)1/2・F/Lが計算さ
れたR0(m)max/Lより小さく、R0(m-2)max/Lより大
きければ、このmを計算の次数として採用することによ
り、収差は過不足なく見積もられる。よって、このよう
な場合には、当該計算式を使用することができる。一般
に、従来法において取り込む展開式の次数が高くなれば
なるほど、同じ条件におけるR0(m)max/Lの値は大き
くなる。よって、(1/2)1/2・F/Lが、m次の収差軌道
を求める方法によって求められた近軸軌道の像面での光
軸からの距離R0(m)maxと鏡筒長との比R0(m)max/Lよ
り小さくなりR0(m-2)max/Lより大きくなるmを決定
し、以後の計算を、m次の収差軌道を求めることによっ
て行うことにより、最も効率よくシミュレーションを行
うことができる。また、この方法は、スポットダイヤグ
ラムの形状を一致させる必要がなく、荷電粒子線の位置
のみが重要となる場合に有効であり、この方法を用いる
ことにより、シミュレーションによる荷電粒子の軌道が
実際の軌道と大きくずれることがなくなり、シミュレー
ションとして使用できる精度が得られる。
When the other conditions are the same, the distance R 0 (m) max from the optical axis of the paraxial orbit is normalized by the lens barrel length L. The ratio (1/2) 1/2 · F / L of the field size F to the lens barrel length L is smaller than the calculated R 0 (m) max / L and larger than R 0 (m-2) max / L. For example, by adopting this m as the order of calculation, the aberration can be estimated without excess or deficiency. Therefore, in such a case, the calculation formula can be used. In general, the higher the degree of the expansion equation taken in the conventional method, the larger the value of R 0 (m) max / L under the same conditions. Therefore, (1/2) 1/2 · F / L is the distance R 0 (m) max from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectory obtained by the method of obtaining the m-th order aberration trajectory, and the lens barrel. The length m is determined to be smaller than the ratio R 0 (m) max / L and larger than R 0 (m−2) max / L, and the subsequent calculation is performed by obtaining the m-th order aberration trajectory. The simulation can be performed most efficiently. In addition, this method is effective when it is not necessary to match the shapes of the spot diagrams and only the position of the charged particle beam is important. By using this method, the trajectory of the charged particles by simulation is reduced to the actual trajectory. And the accuracy can be obtained that can be used as a simulation.

【0059】このようなシミュレーションを行う装置
は、前記第1の手段から第6の手段で説明したシミュレ
ーションを行う装置が有する各手段に加え、m次の収差
軌道を求める手段と、前記R、Rm、R0を求めるそれ
ぞれの手段と、|Rm−R|/|R−R0|の最大値を所
定値にする近軸軌道の像面での光軸からの距離R0(m)ma
xを各m次の収差軌道についてそれぞれ求める手段と、
鏡筒長(物面と像面との距離)Lに対するフィールドサ
イズFの比(1/2)1/2・F/Lが、m次の収差軌道を求め
る方法によって求められた前記近軸軌道の像面での光軸
からの距離R0(m)maxと鏡筒長との比R0(m)max/Lより
小さくなり、R0(m-2)max/Lより大きくなるmを決定
する手段と、以後の計算を、m次の収差軌道を求めるこ
とによって行う手段とを有するようにすることによって
実現される。m次の収差軌道を求める手段は、従来より
周知のものが使用できる。
[0059] device for performing such a simulation, in addition to the means for apparatus for performing the simulation described in the sixth means from said first means having, means for determining the m-th order aberration orbit, the R ∞, R m, and each of the means for obtaining the R 0, | R m -R ∞ | / | R ∞ -R 0 | distance from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectories to the maximum value of the predetermined value R 0 (m) ma
means for respectively obtaining x for each m-th order aberration trajectory;
The ratio of the field size F to the lens barrel length (distance between the object plane and the image plane) L (1/2) 1/2 · F / L is the paraxial trajectory obtained by the method of obtaining the m-th order aberration trajectory. Is smaller than the ratio R0 (m) max / L of the distance R0 (m) max from the optical axis on the image plane to the lens barrel length, and m is larger than R0 (m-2) max / L. This is realized by having means for determining and means for performing subsequent calculations by obtaining the m-th order aberration trajectory. As the means for obtaining the m-th order aberration trajectory, a conventionally known means can be used.

【0060】前記課題を解決するための第13の手段
は、同じ初期条件で物面を出射した荷電粒子の軌道を、
請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載の方法
とm次の収差軌道を求める方法によりそれぞれ求め、前
者の方法によって求めた軌道の像面での位置をR、後
者の方法によって求めた軌道の像面での位置をRm、前
者の方法によって求めた、物面を開き角0で出射した荷
電粒子の軌道の像面での位置をR 0とするとき、|Rm
−R|/|R−R 0|の最大値を所定値にする近軸軌
道の像面での光軸からの距離R0(m)maxを各m次の収差
軌道についてそれぞれ求め、鏡筒長(物面と像面との距
離)をLとし、フィールドサイズをFとするとき(1/2)
1/2・F/Lが、m次の収差軌道を求める方法によって求
められた前記近軸軌道の像面での光軸からの距離R
0(m)maxと鏡筒長との比R0(m)max/Lより小さく、R
0(m-2)max/Lより大きくなるmを決定し、以後の計算
を、m次の収差軌道を求めることによって行う工程を含
むことを特徴とする荷電粒子光学系のシミュレーション
方法(請求項13)である。(ただし、|Rm−R|は
mとRの距離、|R−R 0|はRとR 0の距離
である。)
A thirteenth means for solving the above-mentioned problem is that a trajectory of a charged particle which has exited an object surface under the same initial conditions is
The method according to any one of claims 1 to 6, and a method for calculating an m-th order aberration trajectory, respectively, wherein the position of the trajectory obtained by the former method on the image plane is R∞ , and the latter method. position R m of the image plane of the orbit determined by was determined by the former method, the position of the image plane of the orbit of the charged particles emitted by the opening angle 0 the object plane when the R 0, | R m
The distance R 0 (m) max from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectory that makes the maximum value of −R | / | R −R 0 | a predetermined value is obtained for each m-th order aberration trajectory. When the lens barrel length (distance between the object plane and the image plane) is L and the field size is F (1/2)
1/2 · F / L is the distance R from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectory obtained by the method for obtaining the m-th order aberration trajectory.
0 (m) max / L, which is smaller than the ratio R0 (m) max / L
A method for simulating a charged particle optical system, comprising a step of determining m which is larger than 0 (m-2) max / L and performing subsequent calculations by obtaining an m-th order aberration trajectory. 13). (However, | R m -R | is the distance R m and R ∞, | R ∞ -R ∞ 0 | is the distance R and R 0.)

【0061】本手段が前記第12の手段と異なる点は、
前記第12の手段においては、R0(m)maxを|Rm−R|
/|R−R0|の最大値を所定値にする近軸軌道の像面
での光軸からの距離としていたのに対し、本手段におい
ては、|Rm−R|/|R−R 0|の最大値を所定値に
する近軸軌道の像面での光軸からの距離としている点で
ある。本手段においても、前記第12の手段と同様の作
用効果を得ることができる。
This means differs from the twelfth means in that
In the twelfth means, R 0 (m) max is | R m −R |
/ | Contrast was the distance from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectory of the maximum value of the predetermined value, in this means, | | R ∞ -R 0 R m -R ∞ | / | R -R 0 | is that the maximum value of which the distance from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectory to a predetermined value. In this means, the same operation and effect as those of the twelfth means can be obtained.

【0062】このようなシミュレーションを行う装置
は、前記第1の手段から第6の手段で説明したシミュレ
ーションを行う装置が有する各手段に加え、m次の収差
軌道を求める手段と、前記R、Rm、R 0を求めるそ
れぞれの手段と、|Rm−R|/|R−R 0|の最大値
を所定値にする近軸軌道の像面での光軸からの距離R
0(m)maxを各m次の収差軌道についてそれぞれ求める手
段と、鏡筒長(物面と像面との距離)Lに対するフィー
ルドサイズFの比(1/2)1/2・F/Lが、m次の収差軌道
を求める方法によって求められた前記近軸軌道の像面で
の光軸からの距離R0(m)maxと鏡筒長との比R0(m)max
Lより小さくなり、R0(m-2)max/Lより大きくなるm
を決定する手段と、以後の計算を、m次の収差軌道を求
めることによって行う手段とを有するようにすることに
よって実現される。m次の収差軌道を求める手段は、従
来より周知のものが使用できる。
[0062] device for performing such a simulation, in addition to the means for apparatus for performing the simulation described in the sixth means from said first means having, means for determining the m-th order aberration orbit, the R ∞, R m, and each of the means for obtaining the R 0, | distance from the optical axis of the maximum value in the image plane of paraxial trajectory of the predetermined value of | R m -R ∞ | / | R ∞ -R ∞ 0 R
Means for determining 0 (m) max for each m-th order aberration trajectory, and the ratio of the field size F to the lens barrel length (distance between the object plane and the image plane) L (1/2) 1/2 · F / L Is the ratio R 0 (m) max / of the distance R 0 (m) max from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectory obtained by the method of obtaining the m-th order aberration trajectory to the lens barrel length.
M smaller than L and larger than R 0 (m−2) max / L
And means for performing subsequent calculations by determining the m-th order aberration trajectory. As the means for obtaining the m-th order aberration trajectory, a conventionally known means can be used.

【0063】[0063]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を説
明する。まず、軸上のレンズ場(磁束密度の場)を離散
的に求め、これをBM(z)とする。ここで、zは光軸方向
であり、z=−Lが物面位置、z=Lが像面の位置を示
すものとする。そして、これより、軸上レンズ場B(z)
をC級の関数にフィットさせて記述する。C級の関
数として、ここでは、フーリエ級数を用いる。(なお、
B(z)は、本来3次元ベクトルであるが、x方向成分、
y方向成分は0であるので、z軸方向成分を単にB(z)
として示す。)すなわち、
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. First, an on-axis lens field (field of magnetic flux density) is obtained discretely, and this is set as B M (z). Here, z is the direction of the optical axis, z = -L indicates the object plane position, and z = L indicates the image plane position. From this, the on-axis lens field B (z)
Is described by fitting a function of the class CC. Here, a Fourier series is used as a function of the C∞ class. (Note that
B (z) is originally a three-dimensional vector, but an x-direction component,
Since the y-direction component is 0, the z-axis component is simply expressed as B (z)
As shown. )

【0064】[0064]

【数5】 として、(6)式を数値積分してCnを得る。こうして得ら
れたCnを用い、B(z)を
(Equation 5) As to obtain a C n by numerically integrating the equation (6). Using C n thus obtained, B (z) is

【0065】[0065]

【数6】 と表わす。これにより、軸上レンズ場は、C級の関数
として表わされる。B(z)のk階の微分値B(z)(k)は、
(Equation 6) It is expressed as Thus, the axial lens field is expressed as a function of C class. The k-order derivative B (z) (k) of B (z ) is

【0066】[0066]

【数7】 として表わされる。(以下、高次の微分をかっこ付きの
上付き文字で示す。)
(Equation 7) Is represented as (Hereafter, higher-order derivatives are indicated by parenthesized superscripts.)

【0067】次に、光軸外のレンズ場を、軸上レンズ場
B(z)の関数の微分形式で記述する。すなわち、z軸に
垂直にx−y平面をとり、(x,y,z)の位置でのレンズ場
x,y,z(Bx、By,Bz)を、
Next, the lens field off the optical axis will be described in a differential form of the function of the on-axis lens field B (z). That is, taking an xy plane perpendicular to the z axis, the lens field B x, y, z (B x , B y , B z ) at the position (x, y, z) is expressed as

【0068】[0068]

【数8】 (Equation 8)

【数9】 (Equation 9)

【数10】 とあらわす。(Equation 10) It represents.

【0069】そして、電磁系の場合には、(9)、(10)、
(11)式を(4)、(5)式に代入して、軌道方程式を解く。軌
道方程式を解くに当たっては、(4)、(5)式における(1+
x'2+y'21/2を適当な次数まで展開してから方程式を解
いてもよいが、厳密な解を求めたいのであれば、(4)、
(5)式を直接解けばよい。(4)、(5)式を直接解いたとし
ても、Bx、By,Bzが関数形で表わされているので、
これらを有限要素法等で求めている従来法に比して大幅
に計算時間を短縮することができる。
In the case of an electromagnetic system, (9), (10),
Equation (11) is substituted into equations (4) and (5) to solve the orbit equation. In solving the orbital equation, (1+
x ' 2 + y' 2 ) You can solve the equation after expanding 1/2 to an appropriate order, but if you want an exact solution, (4),
Equation (5) can be solved directly. (4), even solved directly (5), B x, B y, since B z is expressed in functional form,
The calculation time can be greatly reduced as compared with the conventional method in which these are obtained by the finite element method or the like.

【0070】図2に本発明の実施の形態の一例であるシ
ミュレーション手順を示す。
FIG. 2 shows a simulation procedure according to an embodiment of the present invention.

【0071】まず、ステップS11において、計算条件
の読み込みを行う。すなわち、像面位置、物面位置、ア
パーチャ位置、ビームエネルギー、レンズデータ、開き
角、近軸軌道の像面位置、エネルギーの広がり等の条件
を入力する。この手順は、従来技術で説明した図13
(A)ステップS21と同じである。
First, in step S11, calculation conditions are read. That is, conditions such as an image plane position, an object plane position, an aperture position, a beam energy, lens data, an opening angle, an image plane position of a paraxial orbit, an energy spread, and the like are input. This procedure is the same as that of FIG.
(A) Same as step S21.

【0072】次にステップS12において、軸上レンズ
場をC級の関数にフィッティングする。従来技術で説
明した図13(A)ステップS22においては、軸上レ
ンズ場を離散的に計算し、計算されなかった点のレンズ
場をm次スプライン関数で補間していたが、本実施の形
態においてはこの点が従来技術と異なっている。そし
て、ステップS13において、軸上レンズ場を解析的
に、必要に応じた階数(n)まで微分する。この際、軸
上レンズ場がC級の関数にフィッティングされている
ので、従来技術と異なり、微分の階数が高くなっても、
正確な値が得られる。
[0072] Then, in step S12, fitting the axial lens field in the C class functions. In step S22 of FIG. 13A described in the related art, the on-axis lens field is discretely calculated, and the lens field at a point not calculated is interpolated by the m-th order spline function. This point is different from the prior art. Then, in step S13, the on-axis lens field is analytically differentiated to a rank (n) as required. At this time, since the axial lens field are fitted to a function of C grade, unlike the prior art, even when high rank differential,
An accurate value is obtained.

【0073】次にステップS14において、焦点位置を
像面に合わせるように、前提条件として与えたレンズの
励磁電流を調節する。その後、ステップ15において軸
上レンズ場とその一階微分を用いて近軸軌道の計算を行
う。これらのステップは、それぞれ図13(A)におけ
るステップS24、S25と同じである。次に、ステッ
プS16において軌道の初期条件を導出し、これに基づ
いて、ステップS17においてm次収差軌道を計算す
る。その際、軸上レンズ場とそのm階微分までを考慮し
て計算を行う。
Next, in step S14, the excitation current of the lens given as a precondition is adjusted so that the focal position is adjusted to the image plane. Thereafter, in step 15, the paraxial trajectory is calculated using the on-axis lens field and its first derivative. These steps are the same as steps S24 and S25 in FIG. Next, in step S16, initial conditions of the trajectory are derived, and based on this, the m-th order aberration trajectory is calculated in step S17. At that time, the calculation is performed in consideration of the on-axis lens field and its m-order derivative.

【0074】そして、ステップS18において、直接軌
道の計算を行う。すなわち、軸上レンズ場とそのn階微
分までを考慮し、軸上の任意の位置でのレンズ場を求
め、直接軌道方程式を解く。軌道方程式を解く工程は、
図13(B)のステップS34で示した従来技術におけ
る工程と基本的には同じである。軌道方程式は、ルンゲ
クッタ法等を利用することにより解くことができる。次
に、ステップS19においてその結果を出力する。
Then, in step S18, the trajectory is directly calculated. That is, the lens field at an arbitrary position on the axis is determined by considering the on-axis lens field and its n-th derivative, and the orbit equation is directly solved. The process of solving the orbit equation is
This is basically the same as the process in the conventional technique shown in step S34 of FIG. The orbit equation can be solved by using the Runge-Kutta method or the like. Next, the result is output in step S19.

【0075】このようにして、本発明の方法によりフー
リェ級数にフィッティングさせた軸上レンズ場の例を図
3に示す。ここで、荷電粒子には、電子を用いた。太線
は、実際に与えられたレンズ場(有限要素法を用いて解
いたもの)を示し、細線は、このレンズ場を本発明の方
法によりフーリエ級数に展開して得たC級の関数を示
す。わずかな違いは見られるが、両者は非常によく一致
している。なおこの図において、物点から像点へ向かう
方向を正に取り、像点の位置を原点とした。なお倍率は
1/4縮小、電子のエネルギーは100keVである。実際の計
算においては、フーリエ級数の次数は-20から20まで、
軸上レンズ場の微分は11階までとした。
FIG. 3 shows an example of an on-axis lens field fitted to a Fourier series by the method of the present invention. Here, electrons were used for the charged particles. Thick line indicates actually given lens field (those solved using the finite element method), thin line, the C class of functions obtained by expanding the Fourier series by the method of the present invention the lens field Show. Although there are slight differences, the two agree very well. In this figure, the direction from the object point to the image point is positive, and the position of the image point is set as the origin. The magnification is
The energy of the electron is 100 keV, reduced by 1/4. In the actual calculation, the order of the Fourier series is from -20 to 20,
The differentiation of the on-axis lens field is up to the eleventh order.

【0076】図4は、この光学系において、Energy spr
ead = +5eV、像面での開き半角6mrad、像面における光
軸からの距離が5×(2)1/2/2mmの位置に到達する近軸光
が実際にはどのようにずれるかを表したもの(スポット
ダイヤグラム)である。四角い点が、近軸軌道を表し、
細い破線(m=3)が3次収差軌道(従来法で、軌道方
程式を3次までの展開式で表わして解いた軌道)、太い
破線(m=5)が5次までの収差軌道(従来法で、軌道
方程式を5次までの展開式で表わして解いた軌道)を表
す。本発明により直接運動方程式を解いて得られた軌道
は実線(Trace)で示した。このように光軸からの距離
が比較的近いところでは、5次までの収差軌道と本発明
による方法は良好に一致する。
FIG. 4 shows an energy spr in this optical system.
ead = + 5eV, the opening half-angle at the image plane is 6mrad, and the paraxial light reaching the position of 5 × (2) 1/2 / 2mm from the optical axis on the image plane actually shifts. It is a representation (spot diagram). The square points represent paraxial orbits,
A thin dashed line (m = 3) indicates a third-order aberration trajectory (a trajectory obtained by solving the trajectory equation by a third-order expansion formula in the conventional method), and a thick broken line (m = 5) indicates a fifth-order aberration trajectory (conventional method). Trajectory solved by expressing the trajectory equation by an expansion formula up to the fifth order. The trajectory obtained by directly solving the equation of motion according to the present invention is shown by a solid line (Trace). Thus, where the distance from the optical axis is relatively short, the aberration trajectory up to the fifth order agrees well with the method according to the present invention.

【0077】図5には、同様の条件で光軸からの距離が
7×(2)1/2/2mmの位置に到達する近軸光の場合、図6に
は同様の条件で光軸からの距離が10×(2)1/2/2mmの位置
に到達する近軸光の場合について図4と同様のものを示
した。光軸から離れるにしたがって、5次までの収差軌
道からのずれも大きくなっていくことがわかる。このこ
とは、光軸からの距離が大きい場合には、光学系を設計
する場合において、5次程度までの収差のみを考慮する
だけでは、光学系の性能表示としては、不十分であるこ
とを表している。
FIG. 5 shows the distance from the optical axis under the same conditions.
In the case of paraxial light reaching the position of 7 × (2) 1/2/2 mm, FIG. 6 shows that the distance from the optical axis reaches the position of 10 × (2) 1/2/2 mm under the same conditions. FIG. 4 shows the case of paraxial light. It can be seen that the deviation from the fifth-order aberration trajectory increases as the distance from the optical axis increases. This means that when the distance from the optical axis is large, when designing the optical system, it is not sufficient to display only the fifth-order aberrations as a performance display of the optical system. Represents.

【0078】なお以上の実施の形態においては、フーリ
エ級数により軸上レンズ場を記述したものを用いたが、
これに限定されるものではない。その例を以下に示す。
In the above embodiment, the on-axis lens field is described by the Fourier series.
It is not limited to this. An example is shown below.

【0079】図7に、横方向に無限大に広がった直径D
の空洞の周りを磁極が取り巻き、中心に幅Sの間隔でコ
イル取り付け用の空間が設けられている磁極配列を有す
るレンズのモデルを示す。この事例において、図に示す
ように、空洞の中心にz軸を取り、コイル中心のz座標
をZ1として、z軸上のレンズ場B(z)をC級の関数で
示すと、
FIG. 7 shows that the diameter D expanded to infinity in the horizontal direction.
3 shows a model of a lens having a magnetic pole array in which magnetic poles surround a hollow of the magnetic pole and a space for mounting a coil is provided at the center with a space of a width S. In this case, as shown in the drawing, assuming that the z-axis is taken at the center of the cavity, the z-coordinate of the coil center is Z 1 , and the lens field B (z) on the z-axis is represented by a C∞ class function,

【0080】[0080]

【数11】 のようになる。ただし、J=NI(N:コイルの巻数、
I:電流値)であり、μ0は真空中の透磁率である。こ
の偶数階微分B(z)(2n)は、
[Equation 11] become that way. Where J = NI (N: number of turns of coil,
I: current value), and μ 0 is the magnetic permeability in vacuum. This even-order derivative B (z) (2n) is

【0081】[0081]

【数12】 となり、奇数階微分B(z)(2n+1)は、(Equation 12) And the odd-order derivative B (z) (2n + 1) is

【数13】 となる。ここで、B0は定数、I0は0次の第一次変形ベ
ッセル関数である。
(Equation 13) Becomes Here, B 0 is a constant, and I 0 is a first-order modified Bessel function of order 0.

【0082】周知のBell型のレンズ場の軸上レンズ場に
おいては、軸上レンズ場B(z)は、C級の関数とし
て、
[0082] In the axial lens field of known Bell-type lens field, the axial lens field B (z) as a function of C class,

【数14】 と表わされる。[Equation 14] It is expressed as

【0083】なお、以上の実施の形態においては、軸上
レンズ場B(z)をC級の関数であるフーリエ級数にフ
ィッティングさせたが、実際の計算においては、無限大
までの計算を行うことはありえないので、nを適当な数
(通常は11以上)として、Cn級の関数にフィッティン
グさせてもよい。この場合には、最も簡単なCn級の関
数として、B(z)をべき関数で
In the above embodiment, the on-axis lens field B (z) is fitted to a Fourier series which is a function of the C∞ class. However, in the actual calculation, calculation up to infinity is performed. Since it is not possible, n may be set to an appropriate number (usually 11 or more) and fitted to a C n class function. In this case, as the simplest C n class function, B (z) is a power function.

【0084】[0084]

【数15】 として表わすのが最も簡便な方法である。これらのべき
関数への軸上レンズ場のフィッティングは、最小自乗法
を用いて行うと、簡単に行うことができる。
(Equation 15) Is the simplest method. The fitting of the on-axis lens field to these power functions can be easily performed by using the least squares method.

【0085】以上の実施の形態には、電磁レンズに対し
て記述したものであるが、これに限らず、静電系の場合
に関しても適用される。この場合は軸上静電ポテンシャ
ルをC級やCn級の関数にフィットさせ、(1)式を解け
ばよい。
Although the above embodiment has been described with reference to an electromagnetic lens, the present invention is not limited to this, and is also applicable to the case of an electrostatic system. In this case, by fitting the axial electrostatic potential in function of C class and C n class may be solved (1).

【0086】また、以上の実施の形態においては荷電粒
子として電子を用いたが、本発明は、これに限らず、あ
らゆる荷電粒子について適用することができる。
In the above embodiment, electrons are used as charged particles. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to any charged particles.

【0087】図7に示したような形状のレンズと、この
レンズを1/4にしたレンズを用い、SMD光学系を作
る。この光学系においては、レチクル等の物面における
パターンの像がマスク等の像面に1/4倍されて縮小投影
される。この軸上レンズ場の11階微分までを考慮し、
直接軌道軌道方程式を解いた結果(以下直接軌道と呼
ぶ)と近軸軌道、及び3次と5次の収差軌道を計算し、
図1に示すような像面におけるスポットダイアグラムを
求める。
An SMD optical system is made by using a lens having the shape shown in FIG. 7 and a quarter of this lens. In this optical system, an image of a pattern on an object surface such as a reticle is reduced and projected to 1/4 times on an image surface such as a mask. Considering the eleventh derivative of this on-axis lens field,
The result of solving the direct orbit equation (hereinafter referred to as the direct orbit), the paraxial orbit, and the third and fifth order aberration orbits are calculated.
A spot diagram on the image plane as shown in FIG. 1 is obtained.

【0088】様々な開き角において、r3/r(|R3
|/|R−R0|)およびr5/r(|R5−R|/|
−R0|)の最大値が5%となるような像面での光軸
からの近軸軌道の距離(R0(m)max,m=3,5)を求
め、レンズの形状を変化させたとき、この点を鏡筒長L
で正規化してプロットしたのが図8と図9である。図8
は、D(図7におけるN極同士、S極同士の間隔)と鏡
筒長Lの比D/Lが0.3の場合で、横軸は、図7におけ
るN極とS極の間隔Sと鏡筒長Lの比S/Lを示し、縦
軸はR0(m)max/Lを示す。図9はD/Lが0.7の場合
で、横軸はD/Lを示し、縦軸はR0(m)max/Lを示
す。図中の1mrad等は開き角、m=3、m=5はそれぞ
れ3次と5次の収差軌道を表している。
At various opening angles, r 3 / r (| R 3
R ∞ | / | R ∞ -R 0 |) and r 5 / r (| R 5 -R ∞ | / |
R -R 0 | paraxial trajectory distance from the optical axis on the image plane, such as the maximum value of 5% of) (R 0 (m) max , m = 3,5) the calculated shape of the lens Is changed, this point is changed to the lens barrel length L.
8 and 9 are plotted after normalization. FIG.
Is the case where the ratio D / L between D (interval between N poles and between S poles in FIG. 7) and lens barrel length L is 0.3, and the horizontal axis is the distance S between the N pole and S pole in FIG. The ratio S / L of the tube length L is shown, and the vertical axis shows R 0 (m) max / L. FIG. 9 shows the case where D / L is 0.7, the horizontal axis shows D / L, and the vertical axis shows R 0 (m) max / L. In the figure, 1 mrad and the like represent the opening angle, and m = 3 and m = 5 represent the third-order and fifth-order aberration trajectories, respectively.

【0089】これらのグラフは、例えば開き角1mradの
光学系を考えた場合、フィールドサイズを鏡筒長で割っ
た値が、1mrad(m=5)の曲線より上側の(フィールド
サイズの大きい)領域にある場合には、5次収差までの
計算では不十分であり、1mrad(m=3)の曲線より上側
でかつ1mrad(m=5)の曲線より下側の領域にある場合
には、5次収差までの計算が妥当であり、また、1mrad
(m=3)の曲線より下側の領域にある場合には、5次収
差まで考慮しなくても3次収差までで十分であることを
示している。
In these graphs, for example, when an optical system having an opening angle of 1 mrad is considered, the value obtained by dividing the field size by the lens barrel length is an area above the curve of 1 mrad (m = 5) (large field size). , The calculation up to the 5th-order aberration is not sufficient, and if it is in the region above the 1 mrad (m = 3) curve and below the 1 mrad (m = 5) curve, 5 Calculation up to the next aberration is reasonable, and 1 mrad
In the region below the curve (m = 3), it is shown that up to the third-order aberration is sufficient without considering the fifth-order aberration.

【0090】次に、開き角が0の条件で計算した直接軌
道の像面での位置と所望の開き角で計算した直接軌道と
の像面での距離をrtとする。そして、様々な開き角に
おいて、r3/rt(|R3−R|/|R−R 0|)およ
びr5/rt(|R5−R|/|R−R 0|)の最大値が
5%となるような像面での光軸からの近軸軌道の距離
(R0(m)max,m=3,5)を求め、レンズの形状を変
化させたとき、この点を鏡筒長Lで正規化してプロット
したのが図10と図11である。図中の符号は、図8、
図9と同じである。
Next, let rt be the distance on the image plane between the position on the image plane of the direct trajectory calculated under the condition that the opening angle is 0 and the direct trajectory calculated at the desired opening angle. Then, at various opening angle, r 3 / r t (| R 3 -R ∞ | / | R ∞ -R ∞ 0 |) and r 5 / r t (| R 5 -R ∞ | / | R ∞ - R 0 | paraxial trajectory distance from the optical axis on the image plane, such as the maximum value of 5% of) (R 0 (m) max , m = 3,5) to seek, change the shape of the lens FIG. 10 and FIG. 11 are plotted by normalizing this point with the lens barrel length L. The reference numerals in FIG.
It is the same as FIG.

【0091】ここでも、このグラフから、開き角1mrad
の光学系を考えた場合、フィールドサイズを鏡筒長で割
った値が、1mrad(m=5)の曲線より上側の(フィール
ドサイズの大きい)領域にある場合には、5次収差まで
の計算では不十分であり、1mrad(m=3)の曲線より上
側でかつ1mrad(m=5)の曲線より下側の領域にある場
合には、5次収差までの計算が妥当であり、また、1mra
d(m=3)の曲線より下側の領域にある場合には、5次
収差まで考慮しなくても3次収差までで十分であること
を示している。
Again, from this graph, the opening angle is 1 mrad.
If the value obtained by dividing the field size by the lens barrel length is in the region above the 1 mrad (m = 5) curve (large field size), calculation up to the fifth-order aberration Is not sufficient, and in the region above the 1 mrad (m = 3) curve and below the 1 mrad (m = 5) curve, the calculation up to the fifth order aberration is appropriate, and 1mra
In the region below the curve of d (m = 3), it indicates that the third-order aberration is sufficient without considering the fifth-order aberration.

【0092】なお、なお軸上レンズ場が解析的に解ける
のは、レンズが無限大に広がっている場合であるが、図
12のように、有限の大きさを持つ場合に関してもこの
モデルを拡張しても、何ら問題はない。(図12におい
て1はコイル、2はホールピースを示す。)この場合に
は、有限要素法等によって、軸上レンズ場を求め、それ
をC級関数にフィッティングさせることができる。
Note that the on-axis lens field can be solved analytically when the lens is spread to infinity. However, as shown in FIG. 12, this model is extended to a case where the lens has a finite size. Even so, there is no problem. (1 in FIG. 12 is a coil, 2 denotes a hole piece.) In this case, by the finite element method or the like, obtains the axial lens field, it can be fit into C class functions.

【0093】[0093]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1に係る発明においては、軸上レンズ場をC級の関
数にフィットさせた形式で記述すると共に、光軸外のレ
ンズ場を上記軸上レンズ場の関数の微分形式で記述して
荷電粒子の軌道方程式を解いているので、短い計算時間
で、光軸より遠く離れた荷電粒子軌道についても厳密に
求めることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the on-axis lens field is described in a form fitted to a C フ ィ ッ ト class function, and the off-axis lens field is described. Is described in the differential form of the function of the above-described on-axis lens field to solve the charged particle trajectory equation, so that the trajectory of the charged particle far away from the optical axis can be strictly obtained in a short calculation time.

【0094】請求項2に係る発明においては、さらに、
級の関数をフーリエ級数としているので、容易にC
級の関数を得ることができる。
According to the second aspect of the present invention, further,
Since the function of the C class is a Fourier series, easily C
関 数 class functions can be obtained.

【0095】請求項3に係る発明においては、軸上レン
ズ場をCn級の関数にフィットさせた形式で記述すると
共に、光軸外のレンズ場を上記軸上レンズ場の関数の微
分形式で記述して荷電粒子の軌道方程式を解いているの
で、nを適当に定めることにより、請求項1に係る発明
と余り変わらない精度を得ることができ、かつ、請求項
1に係る発明に比して計算時間を短縮することができ
る。
In the invention according to claim 3, the on-axis lens field is described in a form fitted to a function of the C n class, and the off-axis lens field is described in a differential form of the function of the on-axis lens field. Since the trajectory equation of the charged particle is solved by describing, the accuracy which is not much different from that of the invention according to claim 1 can be obtained by appropriately determining n, and can be compared with the invention according to claim 1. Calculation time can be shortened.

【0096】請求項4に係る発明においては、さらに、
n級の関数をべき級数としているので、Cn級の関数を
容易に得ることができる。
[0096] In the invention according to claim 4, further,
Since the function of the C n class is a power series, the function of the C n class can be easily obtained.

【0097】請求項5に係る発明においては、べき級数
を求めるのに最小自乗法でフィッティングを行っている
ので、容易にべき級数を得ることができる。
In the invention according to claim 5, since the fitting is performed by the least squares method to obtain the power series, the power series can be easily obtained.

【0098】請求項6に係る発明においては、請求項1
から請求項5に記載の形式で記述したレンズ場を用い、
軌道方程式を直接的に解いて荷電粒子の軌道を求めてい
る。この発明においては、荷電粒子の軌道方程式を直接
的に解いても、すなわちテーラ展開等により近似するこ
と無く解いても、計算時間が短くて済む。そして、荷電
粒子の軌道方程式を直接的に解くことにより、荷電粒子
軌道を正確に求めることができる。
In the invention according to claim 6, claim 1 is
To the lens field described in the format of claim 5,
The orbit of charged particles is obtained by directly solving the orbit equation. In the present invention, the calculation time can be shortened even if the trajectory equation of the charged particle is directly solved, that is, solved without approximation by Taylor expansion or the like. By directly solving the charged particle trajectory equation, the charged particle trajectory can be accurately obtained.

【0099】請求項7に係る発明においては、同じ初期
条件で物面を出射した荷電粒子の軌道を、請求項1から
請求項6のいずれかに記載の方法とm次の収差軌道を求
める方法によりそれぞれ求め、前者の方法によって求め
た軌道の像面での位置をR、後者の方法によって求め
た軌道の像面での位置をRmとし、前記請求項1から請
求項6のうちいずれか1項に記載の方法により求めた、
物面を開き角0で出射した荷電粒子の軌道の像面での位
置をR 0とするとき、|Rm−R|/|R−R 0|に
応じて、計算に必要な収差の次数を求め、以後の軌道計
算を、必要な収差の次数による収差軌道を求めることに
よって行っているので、計算時間が短いという従来法の
特徴を生かしながら、正確な軌道計算が可能となる。
According to the seventh aspect of the present invention, the trajectory of a charged particle emitted from an object surface under the same initial conditions is determined by the method according to any one of the first to sixth aspects and the method of determining an m-th order aberration trajectory. respectively obtained by the position of the image plane of the orbit determined by the former method R ∞, the position of the image plane of the orbit determined by the latter method as R m, one of claims 6 to claim 1 Or determined by the method described in paragraph 1,
When the position of the image plane of the orbit of the charged particles emitted by the opening angle 0 the object plane and R ∞ 0, | R m -R ∞ | / | R ∞ -R ∞ 0 | depending on, required for the calculation Trajectory calculation is performed by calculating the order of the various aberrations, and the subsequent trajectory calculation is performed by calculating the aberration trajectory according to the required order of aberrations. Become.

【0100】請求項8に係る発明においては、さらに、
|Rm−R|/|R−R 0|≦A(Aは要求される精度
から決められる値で、0.3以下の数字)となる最小の収
差の次数mを、計算に必要な収差の次数としているの
で、シミュレーションによるスポットダイヤグラムが実
際のスポットダイヤグラムと大きくずれることがなくな
り、シミュレーションとして一応使用できる精度が得ら
れる。
In the invention according to claim 8, further,
| R m −R | / | R −R 0 | ≦ A (A is a value determined from required accuracy and is a number of 0.3 or less), and the minimum order m of aberrations required for calculation is calculated. Since the order of aberration is used, the spot diagram obtained by the simulation does not greatly deviate from the actual spot diagram, and the accuracy that can be used for the simulation is obtained.

【0101】請求項9に係る発明においては、同じ初期
条件で物面を出射した代表的な荷電粒子の軌道を、請求
項1から請求項6のうちいずれか1項に記載の方法とm
次の収差軌道を求める方法によりそれぞれ求め、前者の
方法によって求めた軌道の像面での位置をR、後者の
方法によって求めた軌道の像面での位置をRm、前記荷
電粒子の近軸軌道の像面での位置をR0とするとき、|R
m−R|/|R−R0|の大きさに応じて、計算に必要
な収差の次数を求め、以後の軌道計算を、必要な収差の
次数による収差軌道を求めることによって行っているの
で、スポットダイヤグラムの形状を一致させる必要がな
く、荷電粒子線の位置のみが重要となってくる場合に、
従来法による計算に必要とされる次数を過不足なく見積
もることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, the trajectory of a representative charged particle that has exited the object surface under the same initial conditions is determined by the method according to any one of the first to sixth aspects, and
Each of the following aberration trajectories is obtained by a method of obtaining the trajectory, the position of the trajectory obtained by the former method on the image plane is R 、, the position of the trajectory obtained by the latter method on the image plane is R m , the vicinity of the charged particle When the position of the axial trajectory on the image plane is R 0 , | R
m -R ∞ | / | R ∞ -R 0 | depending on the size, calculates determined the order of the aberration required for the subsequent trajectory calculation, carried out by determining the aberration orbit by orders of required aberration Since it is not necessary to match the shape of the spot diagram and only the position of the charged particle beam becomes important,
The order required for the calculation by the conventional method can be estimated without excess and deficiency.

【0102】請求項10に係る発明においては、さら
に、|Rm−R|/|R−R0|≦B(Bは要求される精
度から決められる値で、0.1以下の数字)となる最小の
収差の次数mを、計算に必要な収差の次数としているの
で、シミュレーションによる荷電粒子の軌道が実際の軌
道と大きくずれることがなくなり、シミュレーションと
して一応使用できる精度が得られる請求項11に係る発
明においては、同じ初期条件で物面を出射した代表的な
荷電粒子の軌道を、請求項1から請求項6のうちいずれ
か1項に記載の方法とm次の収差軌道を求める方法によ
りそれぞれ求め、前者の方法によって求めた軌道の像面
での位置をR、後者の方法によって求めた軌道の像面
での位置をRmとするとき、|R−Rm|の大きさに応じ
て、計算に必要な収差の次数を求め、以後の軌道計算
を、必要な収差の次数による収差軌道を求めることによ
って行っているので、スポットダイヤグラムの形状を一
致させる必要がなく、荷電粒子線の位置の絶対精度が必
要とされる場合において、従来法による計算に必要とさ
れる次数を過不足なく見積もることができる。
According to the tenth aspect of the present invention, | R m -R | / | R -R 0 | ≦ B (B is a value determined from the required precision and is a number of 0.1 or less). Since the minimum order m of the aberration is set to the order of the aberration required for the calculation, the trajectory of the charged particles in the simulation does not greatly deviate from the actual trajectory, and the accuracy that can be used as a simulation is obtained. In such an invention, the trajectory of a representative charged particle that has exited the object surface under the same initial conditions is determined by the method according to any one of claims 1 to 6 and the method of determining an m-th order aberration trajectory. respectively obtained, the position of the image plane of the orbit determined by the former method R ∞, the position of the image plane of the orbit determined by the latter method when the R m, | R ∞ -R m | size Required for calculation, depending on Since the order of the various aberrations is calculated and the subsequent trajectory calculation is performed by obtaining the aberration trajectory based on the required order of the aberrations, it is not necessary to match the shapes of the spot diagrams, and the absolute accuracy of the position of the charged particle beam is reduced. When necessary, the order required for the calculation by the conventional method can be estimated without excess or deficiency.

【0103】請求項12、請求項13に係る発明におい
ては、鏡筒長(物面と像面との距離)Lに対するフィー
ルドサイズFの比(1/2)1/2・F/Lが、m次の収差軌道
を求める方法によって求められた近軸軌道の像面での光
軸からの距離R0(m)maxと鏡筒長との比R0(m)max/Lよ
り小さくなり、R0(m-2)max/Lより大きくなるmを決
定し、以後の計算を、m次の収差軌道を求めることによ
って行っているので、最も効率よくシミュレーションを
行うことができる。
According to the twelfth and thirteenth aspects of the present invention, the ratio (1/2) 1/2 · F / L of the field size F to the lens barrel length (distance between the object surface and the image surface) L is: a ratio R 0 (m) max / L of the distance R 0 (m) max from the optical axis on the image plane of the paraxial trajectory obtained by the method of obtaining the m-th aberration trajectory to the lens barrel length, Since m which is larger than R 0 (m−2) max / L is determined, and subsequent calculations are performed by obtaining the m-th order aberration trajectory, the simulation can be performed most efficiently.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】像面における荷電粒子軌道のスポットダイヤグ
ラムを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a spot diagram of a charged particle trajectory on an image plane.

【図2】本発明の実施の形態の一例におけるシミュレー
ションの工程を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a simulation process according to an example of an embodiment of the present invention.

【図3】フーリェ級数にフィッティングさせた軸上レン
ズ場と、実際のレンズ場の関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an on-axis lens field fitted to a Fourier series and an actual lens field.

【図4】近軸軌道が光軸に近い場合のスポットダイヤグ
ラムの例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a spot diagram when a paraxial orbit is close to an optical axis.

【図5】近軸軌道が光軸からやや離れた場合のスポット
ダイヤグラムの例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a spot diagram when a paraxial trajectory is slightly apart from an optical axis.

【図6】近軸軌道が光軸から遠く離れた場合のスポット
ダイヤグラムの例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a spot diagram when a paraxial trajectory is far away from an optical axis.

【図7】無限大の2次元の大きさを持つN極とS極を有
するレンズのモデルを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a model of a lens having an N pole and an S pole having an infinite two-dimensional size;

【図8】レンズの形状を変化させたときの、光軸からの
近軸軌道の距離と鏡筒長の比の例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a ratio of a distance of a paraxial trajectory from an optical axis to a lens barrel length when a shape of a lens is changed.

【図9】レンズの形状を変化させたときの、光軸からの
近軸軌道の距離と鏡筒長の比の例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the ratio of the distance of the paraxial orbit from the optical axis to the lens barrel length when the shape of the lens is changed.

【図10】レンズの形状を変化させたときの、光軸から
の近軸軌道の距離と鏡筒長の比の例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a ratio of a paraxial orbit distance from an optical axis to a lens barrel length when the shape of a lens is changed.

【図11】レンズの形状を変化させたときの、光軸から
の近軸軌道の距離と鏡筒長の比の例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the ratio of the distance of the paraxial orbit from the optical axis to the lens barrel length when the shape of the lens is changed.

【図12】有限の大きさを持つコイルの例を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a coil having a finite size.

【図13】従来のシミュレーションの工程を示すフロー
チャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing steps of a conventional simulation.

【符号の説明】 1…コイル 2…ホールピース R0 …近軸軌道 R …物面を開き角0で出射した荷電粒子の軌道の像面
での位置 R …本発明の方法によって求めた荷電粒子の軌道の
像面での位置 R3 …従来法で3次までの展開式を考慮して求めた荷電
粒子の軌道の像面での位置 R5 …従来法で5次までの展開式を考慮して求めた荷電
粒子の軌道の像面での位置
[Description of Signs] 1 coil 2 hole piece R 0 paraxial trajectory R… the position of the trajectory of the charged particle emitted at an angle of 0 with the object plane opened at the image plane R The position of the trajectory of the charged particle on the image plane obtained by the method of the present invention R 3 ... The position of the trajectory of the charged particle on the image surface obtained by considering the expansion formula up to the third order by the conventional method R 5 ... Of the orbit of the charged particle on the image plane obtained by considering the expansion formula up to the 5th order

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G06F 15/60 680A ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G06F 15/60 680A

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 荷電粒子光学系をシミュレーションする
方法であって、軸上レンズ場をC級の関数にフィット
させた形式で記述すると共に、光軸外のレンズ場を上記
軸上レンズ場の関数の微分形式で記述して荷電粒子の軌
道方程式を解く工程を含むことを特徴とする荷電粒子光
学系のシミュレーション方法。
1. A method of simulating a charged particle optical system, wherein an on-axis lens field is described in a form fitted to a C∞ class function, and an off-axis lens field is defined by the on-axis lens field. A method for simulating a charged particle optical system, comprising a step of solving a trajectory equation of a charged particle by describing in a differential form of a function.
【請求項2】 前記C級の関数をフーリエ級数とする
ことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子光学系のシ
ミュレーション方法。
2. A simulation method of a charged particle optical system according to claim 1, characterized in that the Fourier series of functions of the C class.
【請求項3】 荷電粒子光学系をシミュレーションする
方法であって、軸上レンズ場をCn級の関数にフィット
させた形式で記述すると共に、光軸外のレンズ場を上記
軸上レンズ場の関数の微分形式で記述して荷電粒子の軌
道方程式を解く工程を含むことを特徴とする荷電粒子光
学系のシミュレーション方法。
3. A method for simulating a charged particle optical system, wherein an on-axis lens field is described in a form fitted to a C n class function, and an off-axis lens field is defined by the above-mentioned on-axis lens field. A method for simulating a charged particle optical system, comprising a step of solving a trajectory equation of a charged particle by describing in a differential form of a function.
【請求項4】 前記Cn級の関数をべき級数としたこと
を特徴としたする請求項3に記載の荷電粒子光学系のシ
ミュレーション方法。
4. The charged particle optical system simulation method according to claim 3, wherein said C n class function is a power series.
【請求項5】 上記べき級数は、もとデータを最小自乗
法でフィッティングして得ることを特徴とする請求項4
に記載の荷電粒子光学系のシミュレーション方法。
5. The power series according to claim 4, wherein the power series is obtained by fitting the original data by a least squares method.
The simulation method of the charged particle optical system according to 1.
【請求項6】 請求項1から請求項5に記載の形式で記
述したレンズ場を用い、軌道方程式を直接的に解いて荷
電粒子の軌道を求める工程を含むことを特徴とする荷電
粒子光学系のシミュレーション方法。
6. A charged particle optical system comprising a step of directly solving a trajectory equation and obtaining a trajectory of a charged particle using a lens field described in the form according to claim 1. Simulation method.
【請求項7】 同じ初期条件で物面を出射した荷電粒子
の軌道を、請求項1から請求項6のうちいずれか1項に
記載の方法とm次の収差軌道を求める方法によりそれぞ
れ求め、前者の方法によって求めた軌道の像面での位置
をR、後者の方法によって求めた軌道の像面での位置
をRmとし、前記請求項1から請求項6のうちいずれか
1項に記載の方法により求めた、物面を開き角0で出射
した荷電粒子の軌道の像面での位置をR 0とすると
き、|Rm−R|/|R−R 0|に応じて、計算に必要
な収差の次数を求め、以後の軌道計算を、必要な収差の
次数による収差軌道を求めることによって行う工程を含
むことを特徴とする荷電粒子光学系のシミュレーション
方法(ただし、|Rm−R|はRmとRの距離、|R
−R 0|はRとR 0との距離である)。
7. A trajectory of a charged particle emitted from an object surface under the same initial condition is obtained by a method according to any one of claims 1 to 6 and a method of obtaining an m-th order aberration trajectory, respectively. The position on the image plane of the trajectory determined by the former method is denoted by R 、, and the position of the trajectory on the image plane determined by the latter method is denoted by R m , wherein was determined by the method described, the position of the image plane of the orbit of the charged particles emitted by the opening angle 0 the object plane when the R ∞ 0, | R m -R ∞ | / | R ∞ -R ∞ 0 | A method of simulating a charged particle optical system (including a step of obtaining an order of aberration required for calculation, and performing subsequent trajectory calculation by obtaining an aberration trajectory based on the order of required aberration). , | R m -R | is the distance between R m and R 、, | R
−R 0 | is the distance between R and R 0 ).
【請求項8】 |Rm−R|/|R−R 0|≦A(Aは
要求される精度から決められる値で、0.3以下の数字)
となる最小の収差の次数mを、計算に必要な収差の次数
とすることを特徴とする請求項7に記載の荷電粒子光学
系のシミュレーション方法。
8. | R m −R | / | R −R 0 | ≦ A (A is a value determined from required accuracy, and is a number of 0.3 or less)
The simulation method for a charged particle optical system according to claim 7, wherein the minimum order m of the aberration that is obtained is the order of the aberration required for the calculation.
【請求項9】 同じ初期条件で物面を出射した代表的な
荷電粒子の軌道を、請求項1から請求項6のうちいずれ
か1項に記載の方法とm次の収差軌道を求める方法によ
りそれぞれ求め、前者の方法によって求めた軌道の像面
での位置をR、後者の方法によって求めた軌道の像面
での位置をRm、前記荷電粒子の近軸軌道の像面での位
置をR0とするとき、|Rm−R|/|R−R0|の大き
さに応じて、計算に必要な収差の次数を求め、以後の軌
道計算を、必要な収差の次数による収差軌道を求めるこ
とによって行う工程を含むことを特徴とする荷電粒子光
学系のシミュレーション方法(ただし、|Rm−R|は
nとRの距離、|R−R0|はRとR0との距離で
ある)。
9. The trajectory of a typical charged particle emitted from an object surface under the same initial condition is determined by the method according to any one of claims 1 to 6 and the method of obtaining an m-th order aberration trajectory. R is the position of the trajectory on the image plane obtained by the former method, R m is the position of the trajectory on the image plane obtained by the latter method, and the position of the charged particle on the image plane of the paraxial trajectory is when the the R 0, | R m -R ∞ | / | R ∞ -R 0 | , depending on the size, determine the order of the aberration required for the calculation, the subsequent trajectory calculation, required aberration of order simulation method of a charged particle optical system which comprises a step of performing by determining the aberration trajectory by (wherein, | R m -R | is the distance R n and R ∞, | R ∞ -R 0 | is R and R 0 ).
【請求項10】 |Rm−R|/|R−R0|≦B(Bは
要求される精度から決められる値で、0.1以下の数字)
となる最小の収差の次数mを、計算に必要な収差の次数
とすることを特徴とする請求項9に記載の荷電粒子光学
系のシミュレーション方法。
10. | R m -R | / | R -R 0 | ≦ B (B is a value determined from required accuracy, and is a number of 0.1 or less)
The method for simulating a charged particle optical system according to claim 9, wherein the minimum order m of the aberration that is obtained is the order of the aberration required for the calculation.
【請求項11】 同じ初期条件で物面を出射した代表的
な荷電粒子の軌道を、請求項1から請求項6のうちいず
れか1項に記載の方法とm次の収差軌道を求める方法に
よりそれぞれ求め、前者の方法によって求めた軌道の像
面での位置をR、後者の方法によって求めた軌道の像
面での位置をRmとするとき、|R−Rm|の大きさに応
じて、計算に必要な収差の次数を求め、以後の軌道計算
を、必要な収差の次数による収差軌道を求めることによ
って行う工程を含むことを特徴とする荷電粒子光学系の
シミュレーション方法(ただし、|R−Rm|はR
mの距離である)。
11. The trajectory of a typical charged particle emitted from an object surface under the same initial condition is determined by the method according to any one of claims 1 to 6 and the method of determining an m-th order aberration trajectory. respectively obtained, the position of the image plane of the orbit determined by the former method R ∞, the position of the image plane of the orbit determined by the latter method when the R m, | R ∞ -R m | size A method of simulating a charged particle optical system (including a step of obtaining an order of aberration required for calculation, and performing subsequent trajectory calculation by obtaining an aberration trajectory based on the order of required aberration). , | R -R m | is the distance R and R m).
【請求項12】 同じ初期条件で物面を出射した荷電粒
子の軌道を、請求項1から請求項6のうちいずれか1項
に記載の方法とm次の収差軌道を求める方法によりそれ
ぞれ求め、前者の方法によって求めた軌道の像面での位
置をR、後者の方法によって求めた軌道の像面での位
置をRm、前記荷電粒子の近軸軌道の像面での位置をR0
とするとき、|Rm−R|/|R−R0|の最大値を所定
値にする近軸軌道の像面での光軸からの距離のR
0(m)maxを各m次の収差軌道についてそれぞれ求め、鏡
筒長(物面と像面との距離)をLとし、フィールドサイ
ズをFとするとき(1/2)1/2・F/Lが、m次の収差軌道
を求める方法によって求められた前記近軸軌道の像面で
の光軸からの距離R0(m)maxと鏡筒長との比R0(m)max
Lより小さくなり、R0(m-2)max/Lより大きくなるm
を決定し、以後の計算を、m次の収差軌道を求めること
によって行う工程を含むことを特徴とする荷電粒子光学
系のシミュレーション方法。(ただし、|Rm−R|は
mとRの距離、|R−R0|はRとR0の距離であ
る。)
12. A trajectory of a charged particle emitted from an object surface under the same initial condition is obtained by a method according to any one of claims 1 to 6 and a method of obtaining an m-th order aberration trajectory, respectively. the position of the image plane of the orbit determined by the former method R ∞, the position of the image plane of the orbit determined by the latter method R m, the position of the image plane of the paraxial trajectory of the charged particle R 0
Where R is the distance from the optical axis on the image plane of the paraxial orbit that sets the maximum value of | R m −R | / | R −R 0 | to a predetermined value.
0 (m) max is obtained for each m-th order aberration trajectory, and when the lens barrel length (distance between the object plane and the image plane) is L and the field size is F, (1/2) 1/2 · F / L is a ratio R 0 (m) max of the distance R 0 (m) max from the optical axis on the image plane of the paraxial orbit determined by a method of obtaining the m-th order aberration trajectory to the lens barrel length.
M smaller than L and larger than R 0 (m−2) max / L
And calculating the m-th order aberration trajectory. (However, | R m -R | is the distance between R m and R 、, and | R -R 0 | is the distance between R and R 0. )
【請求項13】 同じ初期条件で物面を出射した荷電粒
子の軌道を、請求項1から請求項6のうちいずれか1項
に記載の方法とm次の収差軌道を求める方法によりそれ
ぞれ求め、前者の方法によって求めた軌道の像面での位
置をR、後者の方法によって求めた軌道の像面での位
置をRm、前者の方法によって求めた、物面を開き角0
で出射した荷電粒子の軌道の像面での位置をR 0とす
るとき、|Rm−R|/|R−R 0|の最大値を所定値
にする近軸軌道の像面での光軸からの距離R0(m)max
各m次の収差軌道についてそれぞれ求め、鏡筒長(物面
と像面との距離)をLとし、フィールドサイズをFとす
るとき(1/2)1/2・F/Lが、m次の収差軌道を求める方
法によって求められた前記近軸軌道の像面での光軸から
の距離R0(m)maxと鏡筒長との比R0(m)max/Lより小さ
くなり、R0(m-2)max/Lより大きくなるmを決定し、
以後の計算を、m次の収差軌道を求めることによって行
う工程を含むことを特徴とする荷電粒子光学系のシミュ
レーション方法。(ただし、|Rm−R|はRmとR
距離、|R−R 0|はRとR 0の距離である。)
13. A trajectory of a charged particle emitted from an object surface under the same initial condition is obtained by a method according to any one of claims 1 to 6 and a method of obtaining an m-th order aberration trajectory, respectively. The position on the image plane of the trajectory obtained by the former method is R 、, the position of the trajectory on the image surface obtained by the latter method is R m , and the object plane obtained by the former method is open angle 0
In case the position of the image plane of the orbit of emitted charged particles and R ∞ 0, | R m -R ∞ | / | R ∞ -R ∞ 0 | paraxial trajectory image of the maximum value of the predetermined value When the distance R 0 (m) max from the optical axis on the surface is determined for each m-th order aberration trajectory, the lens barrel length (the distance between the object plane and the image plane) is L, and the field size is F ( 1/2) 1/2 · F / L is the distance R 0 (m) max from the optical axis on the image plane of the paraxial orbit determined by a method for obtaining the m-th order aberration trajectory, and the lens barrel length. Is determined to be smaller than R 0 (m) max / L and larger than R 0 (m−2) max / L.
A method for simulating a charged particle optical system, comprising a step of performing subsequent calculations by determining an m-th order aberration trajectory. (However, | R m -R | is the distance R m and R ∞, | R ∞ -R ∞ 0 | is the distance R and R 0.)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015135662A (en) * 2013-12-20 2015-07-27 富士通株式会社 Information processing device, program and method

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