JP6224717B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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
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。
(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。
Claims (12)
- 荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から発生された荷電粒子ビームが通される回転対称のレンズ系と、
光軸の回りに2回対称電磁界を発生する電磁界発生ユニットと、
前記電磁界発生ユニットの入射側に配置され前記荷電粒子ビームを偏向する入射偏向器とを有し、
前記入射偏向器により、前記レンズ系を通った前記荷電粒子ビームを偏向して前記2回対称電磁界の離軸領域に形成された局所的な発散場に入射させ、前記レンズ系に起因する前記荷電粒子ビームの収差を補正し、
前記電磁界発生ユニットは、前記荷電粒子ビームが通過する空間の外側に光軸の回りに角度分割数2で配置され、同じ方向に電流が流れる2本の平行電流線を備え、
前記レンズ系の回転対称軸に垂直な平面内において前記平行電流線を結ぶ軸に対して垂直な方向の軸上又はその近傍に前記荷電粒子ビームを偏向する
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記レンズ系の回転対称軸に垂直な平面でみて前記回転対称軸の位置を中心とし、前記中心から前記平行電流線までの距離をRとするとき、前記荷電粒子ビームを、前記中心を除き前記中心から半径(R/3)の範囲に入射させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
- 請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記電磁界発生ユニットは磁界型多極子あるいは静電型多極子であることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
- 請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記電磁界発生ユニットは2回対称電磁界と4回対称電磁界を互いの前記局所的な発散場が重なるように発生し、前記荷電粒子ビームを前記重なった局所的な発散場に入射させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
- 請求項4に記載の荷電粒子ビーム装置において、光軸の回りに角度分割数2で配置された前記2回対称電磁界発生用の2本の平行電流線と光軸の回りに角度分割数4で配置された前記4回対称電磁界発生用の4本の平行電流線を前記荷電粒子ビームが通過する空間の外側に備え、前記2回対称電磁界発生用の平行電流線に流す電流の大きさを制御することで前記荷電粒子ビームの色収差を補正し、前記4回対称電磁界発生用の平行電流線に流す電流の大きさを制御することで前記荷電粒子ビームの開口収差を補正することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
- 請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、光軸の回りに互いに45度ずらして配置した2組の角度分割数2の平行電流線を備える非点補正器が前記電磁界発生ユニットへの入射側及び出射側に設置されていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
- 請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記レンズ系は前記電磁界発生ユニットへの入射側に配置された第1のレンズと前記電磁界発生ユニットへの出射側に配置された第2のレンズとを含むことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
- 請求項7に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記第1のレンズ及び前記第2のレンズは静電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8に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記電磁界発生ユニットの入射側に配置された第1の非点補正器と、前記電磁界発生ユニットの出射側に配置された第2の非点補正器とを備え、前記第1の非点補正器と前記第2の非点補正器を連動して制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
- 請求項8に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記電磁界発生ユニットの出射側に配置された出射偏向器を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
- 請求項10に記載の荷電粒子ビーム装置において、前記入射偏向器及び前記出射偏向器と前記静電レンズにより前記電磁界発生ユニットの略中点において前記荷電粒子ビームを光軸に平行としつつ、入射角度及び出射角度がほぼ対称となるように制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
- 荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から発生された荷電粒子ビームが通される回転対称のレンズ系と、
光軸の回りにN回対称電磁界(Nは2以上の自然数)を発生する電磁界発生ユニットと、
前記電磁界発生ユニットの入射側に配置され前記荷電粒子ビームを偏向する入射偏向器とを有し、
前記入射偏向器により、前記レンズ系を通った前記荷電粒子ビームを偏向して前記N回対称電磁界の離軸領域に形成された局所的な発散場に入射させ、前記レンズ系に起因する前記荷電粒子ビームの収差を補正し、
前記電磁界発生ユニットは、前記荷電粒子ビームが通過する空間の外側に光軸の回りに角度分割数Nで配置されたN本の平行電流線を備え、
トロイダル巻コイルの内側部分を前記平行電流線として機能させ、前記トロイダル巻コイルの内側部分を磁場シールドの内側に配置し、前記トロイダル巻コイルの残りの部分を前記磁場シールドの外側に配置した
ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
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