JP2004265864A - 荷電粒子光学装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料面20に照射するものであって、荷電粒子ビームの光軸LOに沿って配置された4段の多極子1,2,3,4と、4段の多極子1,2,3,4のうち少なくとも3個以上の多極子には標準8極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも2個以上の多極子には斜め8極子の電位または磁位を独立に与える、5個以上の独立な8極子電位または磁位を供給できる電源11,12,13,14,21,22,23,24と、前記独立な5個以上の8極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、3次開口収差を補正する制御部19と、を有する。
【選択図】 図1
Description
あるいは、4段の多極子を電場・磁場重畳方の斜め配列の12極子で構成したとき、磁位によって標準12極子の場を作り、電位によって斜め12極子の場を作り、4個の全ての多極子に標準12極子の磁位を独立に与え、3個の多極子には斜め12極子の電位を独立に与え、これらの4個の独立な12極子磁位と3個の独立な電位を調整して得られた画像の変化から、5次の開口収差を補正する収差補正装置を備えたことにより、12極子による5次までの補正が可能になり、更に極数を増やした補正が不要になり、低価格・高性能の補正が可能になった。
標準2n極子の電位:
ΨN2n(r,θ,z)=VN2nψ2n(z)(r/a)ncos(nθ)
斜め2n極子の電位:
ΨS2n(r,θ,z)=VS2nψ2n(z)(r/a)nsin(nθ)
標準2n極子の磁位:
ΦN2n(r,θ,z)=μ0IN2nφ2n(z)(r/a)nsin(nθ)
斜め2n極子の磁位:
ΦS2n(r,θ,z)=−μ0IS2nφ2n(z)(r/a)ncos(nθ)
で与えられる。
これらの式を直交座標(x,y,z)で表す場合には、
x=rcosθ
y=rsinθ
を用いて上式を書き直せばよい。
Acosα+Bsinα=Ccos(α−δ)
ここで、A=Ccosδ、B=Csinδであるから、
C=(A2+B2)1/2
δ=tan−1(B/A)
である。
表2は、標準配列12極子による斜め多極子電位と標準多極子磁位を示す表である。
表3は、斜め配列12極子による標準多極子電位と斜め多極子磁位を示す表である。ここで、θ´=θ+15 [deg]、または、θ´=θ+π/12 [rad] である。
表4は、斜め配列12極子による斜め多極子電位と標準多極子磁位を示す表である。
次に、斜め配列12極子による前記の表3、表4において、第1番目の極子の電位(または磁位)を基準にして各極子の電位(または磁位)を規格化したものを表5、表6に示す。
なお多極子1〜4が12極子で構成される場合、これを構成する電極(または磁極)が標準配列か斜め配列かによって、実現可能な12極子は、標準12極子かまたは斜め12極子の何れか一方に制限される。すなわち、実現不能な場合では、電極(または磁極)に与えられるべき電位(または磁位)が0になってしまうためである。
tnx=ΔCnx/(Cnx・ΔV)
tmy=ΔCmy/(Cmy・ΔV)
の間に、互いに関係のある番号のn,mがあることがわかった(詳しくは述べないが、CnxとCmyは比例関係にある)。以下にこれを簡単に説明する。ここで、試料に入射するビームのX,Y方向の開き角をαx,αyとする。なお、ここでは、前記αx,αyは、それぞれ近似的には、sinαx=αx、sinαy=αyと見なせるような、十分小さな値であるものとする。
さて、表を詳しく調べると、X方向の斜め8極場を与える斜め1〜4段の3次の項αx 2αy 1の4個の収差係数の変化率が、Y方向の斜め1〜4段による3次の項αx 3αy 0の斜め1〜4段の4個の収差係数の変化率と誤差の範囲でそれぞれ一致していることが分かる。同様に、X方向の標準8極場を与える標準1〜4段の3次の項αx 1αy 2の4個の収差係数の変化率がY方向の標準1〜4段の3次の項αx 2αy 1の4個の収差係数の変化率とそれぞれ誤差の範囲で一致し、X方向の斜め8極場を与える斜め1〜4段の3次の項αx 0αy 3の4個の収差係数の変化率がY方向の斜め1〜4段の3次の項αx 1αy 2の4個の収差係数の変化率とそれぞれ誤差の範囲で一致していることが分かる。これが第1の所見である。
Y方向: αx 2αy 0,αx 1αy 1,αx 0αy 2
に比例する収差の係数の変化率を各々
X方向:t1x,t2x,t3x
Y方向: t1y,t2y,t3y
とおくと、2次の開口収差係数の場合の第1の所見から、
t2x=t1y,t3x=t2y
が確認される。従って、独立なパラメータは4個になり、最低4個の独立な電源が必要になる。
Y方向: αx 3αy 0,αx 2αy 1,αx 1αy 2,αx 0αy 3
に比例する収差の係数の変化率を各々
X方向:t1x,t2x,t3x,t4x
Y方向: t1y,t2y,t3y,t4y
とおくと、
t2x=t1y,t3x=t2y,t4x=t3y
となる。従って、独立なパラメータは5個になり、最低5個の独立な電源が必要になる。
Y方向: αx 4αy 0,αx 3αy 1,αx 2αy 2,αx 1αy 3,αx 0αy 4
に比例する収差の係数の変化率を各々
X方向:t1x,t2x,t3x,t4x,t5x
Y方向: t1y,t2y,t3y,t4y,t5y
とおくと、
t2x=t1y,t3x=t2y,t4x=t3y,t5x=t4y
となる。従って、独立なパラメータは6個になり、最低6個の独立な電源が必要になる。
Y方向: αx 5αy 0,αx 4αy 1,αx 3αy 2,αx 2αy 3,αx 1αy 4,αx 0αy 5
に比例する収差の係数の変化率を各々
X方向:t1x,t2x,t3x,t4x,t5x,t6x
Y方向: t1y,t2y,t3y,t4y,t5y,t6y
とおくと、
t2x=t1y,t3x=t2y,t4x=t3y,t5x=t4y,t6x=t5y
となる。従って、独立なパラメータは7個になり、最低7個の独立な電源が必要になる。
で与えられるので、収差係数cjを0にするための変化量ΔVkは、連立方程式
[ajk][ΔVk]=[−cj]
を解いて求められる。
Vk+ΔVk
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cjは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cjで打ち消すことができる。
標準多極子(j,k=1〜3):
斜め多極子(j,k=4〜5):
で与えられるので、収差係数cjを0にするための変化量ΔVkは、連立方程式
標準多極子(j,k=1〜3):[ajk][ΔVk]=[−cj]
斜め多極子(j,k=4〜5):[ajk][ΔVk]=[−cj]
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜5に対して
Vk+ΔVk
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cjは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cjで打ち消すことができる。
で与えられるので、収差係数cjを0にするための変化量ΔVkは、連立方程式
[ajk][ΔVk]=[−cj]
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜6に対して
Vk+ΔVk
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cjは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cjで打ち消すことができる。
標準多極子(j,k=1〜3):
斜め多極子(j,k=4〜6):
で与えられるので、収差係数cjを0にするための変化量ΔVkは、連立方程式
標準多極子(j,k=1〜3):[ajk][ΔVk]=[−cj]
斜め多極子(j,k=4〜6):[ajk][ΔVk]=[−cj]
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜6に対して
Vk+ΔVk
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cjは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cjで打ち消すことができる。
で与えられるので、収差係数cjを0にするための変化量ΔVkは、連立方程式
[ajk][ΔVk]=[−cj]
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜7に対して
Vk+ΔVk
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cjは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cjで打ち消すことができる。なお、斜め12極子を実現する多極子1から4が12極子を越える場合には、前記の斜め12極子は、磁場型の磁位を利用せずに電位だけで実現可能である。
標準多極子(j,k=1〜4):
標準多極子(j,k=1〜3):[ajk][ΔVk]=[−cj]
斜め多極子(j,k=5〜7):[ajk][ΔVk]=[−cj]
を解いて求められる。この結果、補正電位はk=1〜7に対して
Vk+ΔVk
となる。このようにすれば、補正前の収差係数cjは、収差補正装置10で発生させた収差係数−cjで打ち消すことができる。
7:対物レンズ
8:絞り
10:収差補正装置
20:試料面
PP:対物レンズ7の主面
LO:光軸
9:操作表示部
19:制御部
11〜14、17、21〜24:電源
31:電源部
32:供給部
Claims (15)
- 荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子のうち少なくとも3個の多極子には標準8極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも2個の多極子には斜め8極子の電位または磁位を独立に与える、5個以上の独立な8極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち少なくとも1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め8極子の電位または磁位を与える、1個以上の8極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記5個以上の独立可変電源の8極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、3次開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。 - 前記独立な標準8極子の電位または磁位のうち少なくとも2個は中央の2段目と3段目の前記多極子に供給され、前記独立な斜め8極子の電位または磁位のうち少なくとも2個は1段目と4段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項1記載の荷電粒子光学装置。
- 前記4段の多極子のうち少なくとも3個の多極子には標準10極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも3個の多極子には斜め10極子の電位又は磁位を独立に与える、6個以上の独立な10極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、前記6個以上の独立可変電源の10極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、4次の開口収差を補正する制御手段を合わせ備えたことを特徴とする請求項1乃至2の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。
- 前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位または磁位を独立に与え、3個の多極子には斜め12極子の電位または磁位を独立に与える、7個の独立な12極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、前記7個の12極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段を合わせ備えたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。
- 前記4段の多極子は12極子であって、かつ前記4段の12極子のうち少なくとも中央の2段が電場・磁場重畳型であって、
前記4段の12極子に4個の独立な4極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも2個以上の独立な4極子磁位を供給する独立可変電源と、
を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。 - 荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子のうち少なくとも3個の多極子には標準10極子の電位または磁位を独立に与え、少なくとも3個の多極子には斜め10極子の電位または磁位を独立に与える、6個以上の独立な10極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち少なくとも1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の標準または斜め10極子の電位または磁位を与える、1個以上の10極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記6個以上の独立可変電源の10極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、4次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。 - 前記独立な標準10極子の電位または磁位のうち少なくとも1個は2段目の前記多極子に供給され、前記独立な斜め10極子の電位または磁位のうち少なくとも1個は3段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項6に記載の荷電粒子光学装置。
- 前記独立な標準10極子の電位または磁位のうち少なくとも3個は1段目、2段目、4段目の前記多極子に供給され、前記独立な斜め10極子の電位または磁位のうち少なくとも3個は1段目、3段目、4段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項6記載の荷電粒子光学装置。
- 前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位または磁位を独立に与え、3個の多極子には斜め12極子の電位または磁位を独立に与える、7個の独立な12極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、前記7個の12極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段を合わせ備えたことを特徴とする請求項6乃至8の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。
- 前記4段の多極子は12極子であって、かつ前記4段の12極子のうち少なくとも中央の2段が電場・磁場重畳型であって、
前記4段の12極子に4個の独立な4極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも2個以上の独立な4極子磁位を供給する独立可変電源と、
を有することを特徴とする請求項4乃至9の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。 - 荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位または磁位を独立に与え、3個の前記多極子には斜め12極子の電位または磁位を独立に与える、7個の独立な12極子電位または磁位を供給できる独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め12極子の電位または磁位を与える、1個の12極子電位または磁位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記7個の独立可変電源の12極子電位または磁位を互いに独立に調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。 - 前記独立な斜め12極子の電位または磁位は1段目、2段目、4段目の前記多極子に供給されることを特徴とする請求項11記載の荷電粒子光学装置。
- 前記4段の多極子は12極子であって、かつ前記4段の12極子のうち少なくとも中央の2段が電場・磁場重畳型であって、
前記4段の12極子に4個の独立な4極子電位を供給するとともに、前記電場・磁場重畳型の多極子に少なくとも2個以上の独立な4極子磁位を供給する独立可変電源と、
を有することを特徴とする請求項11および12の何れか1項に記載の荷電粒子光学装置。 - 試料に荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の標準配列の12極子を用いた4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子の全てに標準12極子の電位を独立に与え、3個の多極子に斜め12極子の磁位を独立に与える独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め12極子の磁位を与える、1個の12極子磁位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記4個の独立な12極子電位および前記3個の独立な12極子磁位を調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。 - 荷電粒子ビームをフォーカスさせて試料に照射する荷電粒子光学装置において、
(1)荷電粒子ビームの光軸に沿って配置された、電場・磁場重畳型の斜め配列の12極子場を用いた4段の多極子と、
(2)前記4段の多極子の全てに標準12極子の磁位を独立に与え、3個の多極子に斜め12極子の電位を独立に与える独立可変電源と、
(3)前記4段の多極子のうち1個の多極子には一定の値または前記独立可変電源のうちの何れかの値に従属させた値の斜め12極子の電位を与える、1個の12極子電位を供給できる非独立可変電源と、
(4)前記4個の独立な12極子磁位および前記3個の独立な12極子電位を調整することにより、5次の開口収差を補正する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子光学装置。
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