JP2018022703A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Abstract
Description
、非点補正器によりビーム軸を局所凹レンズ場に合わせ込み、他の回転対称な凸レンズ場の発生する収差と逆作用させて収差を補正する。これにより、光学でのダブレットやトリプレット構成と同じ原理で簡易な構成で収差補正ができる。
第1のレンズ及び第2のレンズは静電レンズとしてもよい。
電磁界発生ユニットの出射側に出射偏向器を備えてもよい。
してもよい。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
した位置に配置したN=2系第1補正コイル2a,2bに流す電流とN=2系第2補正コイル2c,2dに流す電流を独立に制御することで同等の機能が実現できる。
Br=(1/2)Bz’r−(1/16)Bz’’r3+(1/384)Bz’’’r4+…
B2w(r)=μ0(I1/π)r/(R2−r2)
B2s(r)=μ0(I1/π)r/(R2+r2)
B1=μ0(I1/π)r/R2
となり、その偏向感度α1は加速電圧V、質量m、電荷量eにより、
α1=B1/(2mV/e)0.5=μ0(I1/π)r/R2/(2mV/e)0.5
となる。ここで偏向量ysは、コイル長2l、偏向長Lにより次式で計算できる。
ys=2lLα1
また、N=2系補正コイルでは、上記のB1に加えて以下のB3も存在する。
B3=μ0(I1/π)r3/R4
したがって、N=2系補正コイルにおいて、1次磁場と3次磁場の比は以下となる。
B3/B1=r2/R2
B3=μ0(2I3/π)r3/R4
となり、その偏向感度α3は、次のようになる。
α3=B3/(2mV/e)0.5=μ0(2I3/π)r3/R4/(2mV/e)0.5
向にある。特にB2wは電流I1単線場に斬近的に高次場が増加する特性がある。N=2系補正コイルで軌道調整により高次場の強度を選択すれば、極めて低コストで収差を抑制することも可能である。
xL=2lLα1
より、その色収差dxLは発散レンズの向きに注意して、
dxL=−2lLα1(dV/2V)
となる。回転対称レンズの色収差係数Ccから色収差量dxcは
dxc=Cc(dV/V)(r+xL)/b
となる。結像距離bでの色収差の補正条件dxL+dxc=0から
lLα1+Cc(r+2lLα1)/b=0
より、コイル電流I1はk=μ0/π(2m/e)0.5として、
I1=−CcR2V0.5/(2Cc+b)lLk
となる。ここで
Cc/(2Cc+b)=1/{2+(b/Cc)}
であり、b/Ccは比例関係でほぼ定数となる。従って電流I1も、後段レンズが決まれば軌道条件に依存せず定数値となることが分かる。これはレンズ色消しが、任意の物点及び像点とその集束軌道に依存しないことに対応する。
dxL3=2lLα3
であり、α3を微小量として、回転対称レンズの開口収差係数Csからその開口収差量dxsは、次のようになる。
dxs=Cs{(r+xL)/b}3
開口収差の補正条件dxL3+dxs=0から
2lLα3+Cs{(r+xL)/b}3=0
を解けば、補正電流I3は
I3=Cs(V0.5R2+2lLkI1)3/4lLkVb3R2
で計算できる。
に電流I3用にコイル(平行電流線)を配置する。すなわち、離軸方向のコイルにI1+I3、その垂直方向のコイル2本にI3を流せばよい。これによりコイルは4系統、電源も2系統で済む。
(1)電子源3からの電子ビーム7を入射静電レンズ4、出射静電レンズ6を同時に同量励起して試料15に結像する。その結像条件は、補正コイル2に走査信号を加えて2次元画像やライン走査波形で確認する。
(2)入射非点補正器9と出射非点補正器10を同時に同量励起して、再び試料15の信号の最良結像点を探す。すなわち対称性から最良結像点は光学系中央でラインフォーカスする。
(3)補正コイル2を励起して、試料15の走査画像に所望の非点作用が発生することを確認する。例えば出射静電レンズ6で焦点位置をずらしてその感度から、いわゆる非点較差で確認できる。
(4)更に入射偏向器8と出射偏向器11により、所望のビーム軌道に偏向する。ここで入射偏向器8と出射偏向器11の作用がバランスして、試料15の像が動かないことを確認する。
(5)補正コイル2、入射偏向器8と出射偏向器11、入射非点補正器9と出射非点補正器10を微調整して、収差すなわち試料15の結像ボケを最小化する。例えば、色収差は加速電圧を変化させ、開口収差は絞りを開いて結像を確認すればよい。
ム装置で説明した手順による。例えば図21の入射磁界レンズ24と対物磁界レンズ25が入射静電レンズ4、出射静電レンズ6に対応する。すなわち一旦軸上に結像して、補正コイル2で離軸させつつ発散作用を加える。これらを一定の関係式で連動制御することも可能である。
射静電レンズ、7:ビーム、8:入射偏向器、9:入射非点補正器、10:出射非点補正器、11:出射偏向器、12:真空容器、13:制限絞り、14:検出器、15:試料(結像面)、16:磁場シールド、17:照射レンズ、18:補助コイル、19:逆電流コイル、20:照射偏向レンズ、21:対物偏向レンズ、22:傾斜偏向器、23:照射磁界レンズ、24:入射磁界レンズ、25:対物磁界レンズ、26:照射対物レンズ、27:第一投射レンズ、28:第二投射レンズ、29:対物制限絞り、30:制限絞り投影面(CCD)、31:振り戻し偏向器
Claims (4)
- 荷電粒子源と、
荷電粒子源から光軸方向に放射された荷電粒子ビームを収束させる第1および第2の収束レンズと、
前記第1の収束レンズと第2の収束レンズの間で前記光軸の周りに配置され、内側電流線および当該内側電流線よりも前記光軸に対して離間した位置にある外側電流線を含む1対のトロイダルコイルと、
前記内側電流線よりも外側であって前記1対のトロイダルコイルの間の領域内に前記荷電粒子ビームを導く軌道調整器を備えたことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 請求項1の荷電粒子ビーム装置において、
前記トロイダルコイルは、内側電流線と外側電流線が前記光軸に対して平行に配置され、前記外側電流線が前記内側電流線よりも長いことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 請求項1の荷電粒子ビーム装置において、
前記軌道調整器は傾斜偏向器と磁界レンズを有し、前記第1の収束レンズおよび前記第2の収束レンズは磁界レンズであることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 請求項1の荷電粒子ビーム装置において、
前記軌道調整器は、前記荷電粒子ビームを偏向する偏向器であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
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