JP6817349B2 - 偏向器および荷電粒子線装置 - Google Patents

偏向器および荷電粒子線装置 Download PDF

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Description

本発明は、偏向器および荷電粒子線装置に関する。
電子顕微鏡では、電子線を偏向させるために偏向器が用いられる。例えば、特許文献１には、環状のコアにコイルを巻回し、当該コイルに電流を供給して、電子線を偏向させるための磁場を発生させる偏向器が開示されている。
偏向器が一様な偏向磁場のみを発生させることができれば、電子線を歪ませることなく偏向できる。そのため、偏向器では、一様な偏向磁場を発生させるために、磁気ポテンシャルが所定の条件を満たすように構成されている。この条件として、磁気ポテンシャルが、第１仮想平面に関して対称であり、かつ、第２仮想平面に関して反対称となる条件が知られている。ここで、第１仮想平面とは、光軸を通り偏向磁場の方向に平行な軸と、光軸と、を含む平面である。第２仮想平面とは、光軸を通り偏向磁場の方向に垂直な軸と、光軸と、を含む平面である。
特開昭５２−１８１２４号公報
磁気ポテンシャルが上記の条件を満たすように構成された偏向器では、偏向磁場に加えて、６極子場、１０極子場などが生じる。特に、光軸近傍では、６極子場の影響が大きくなる。６極子場を小さくすることができれば、電子線を、歪ませることなく偏向できる。
（１）本発明に係る偏向器の一態様は、
円環状のコアと、
前記コアに３０度の幅で巻回された第１コイルと、
前記コアに３０度の幅で巻回された第２コイルと、
前記コアに３０度の幅で巻回された第３コイルと、
前記コアに３０度の幅で巻回された第４コイルと、
前記コアに３０度の幅で巻回された第５コイルと、
前記コアに３０度の幅で巻回された第６コイルと、
を含み、
前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル、前記第４コイル、前記第５コイル、および前記第６コイルは、この順で配置され、
前記第１コイルと前記第２コイルの間隔、前記第２コイルと前記第３コイルの間隔、前記第３コイルと前記第４コイルの間隔、前記第４コイルと前記第５コイルの間隔、前記第５コイルと前記第６コイルの間隔、および前記第６コイルと前記第１コイルの間隔は、等しく、
前記第１コイルの励磁方向、前記第２コイルの励磁方向、および前記第３コイルの励磁方向は、同じ方向であり、
前記第４コイルの励磁方向、前記第５コイルの励磁方向、および前記第６コイルの励磁方向は、同じ方向であり、
前記第１コイルの励磁方向と前記第４コイルの励磁方向とは、反対方向であり、
前記第１コイルの起磁力、前記第３コイルの起磁力、前記第４コイルの起磁力、および前記第６コイルの起磁力は、等しく
前記第２コイルの起磁力、および前記第５コイルの起磁力は、等しく、
前記第２コイルの起磁力は、前記第１コイルの起磁力の２倍である。
このような偏向器では、第１コイル、第３コイル、第４コイル、および第６コイルからなる第１組が発生させる偏向磁場の方向と、第２コイルおよび第５コイルからなる第２組が発生させる偏向磁場の方向とは、同じである。これにより、偏向磁場を発生させることができる。また、第１組が発生させる６極子場と第２組が発生させる６極子場とは、極性が逆であり、打ち消し合う。これにより、６極子場を小さくできる。
（２）本発明に係る荷電粒子線装置の一態様は、
上記の偏向器を含む。
このような荷電粒子線装置では、上記の偏向器を含むため、荷電粒子線を、歪ませることなく偏向できる。
第１実施形態に係る偏向器の構成を示す図。 各コイルの励磁方向を説明するための図。 第１実施形態に係る偏向器の動作を説明するための図。 第２実施形態に係る偏向器の構成を示す図。 第３実施形態に係る偏向器の構成を示す図。 第２コイル群の励磁方向を説明するための図。 第３実施形態に係る偏向器の動作を説明するための図。 第４実施形態に係る偏向器の構成を示す図。 第５実施形態に係る荷電粒子線装置の構成を示す図。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 第１実施形態
１．１． 偏向器の構成
まず、第１実施形態に係る偏向器の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る偏向器１００の構成を示す図である。図１には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。図１は、偏向器１００をＺ方向から見た平面図である。なお、Ｚ軸は、コア２の中心軸Ｏに平行な軸である。
偏向器１００は、コア２と、第１コイル１１と、第２コイル１２と、第３コイル１３と、第４コイル１４と、第５コイル１５と、第６コイル１６と、電源２０と、を含む。偏向器１００は、中心軸Ｏを光軸とし、光軸を通る荷電粒子線をＹ方向に偏向させる。荷電粒子線は、電子線、イオンビームなどである。
コア２は、磁束の通路をつくる。コア２は、中心軸Ｏを中心とする円環状である。コア２は、磁性材料で構成されている。コア２の断面形状は、例えば、円である。コア２は、トロイダルコアである。
第１コイル１１は、コア２に３０度の幅で巻回されている。すなわち、図１に示すよう
に、Ｚ方向から見て、第１コイル１１の一方の端部とコア２の中心軸Ｏとを結ぶ第１仮想直線Ｌ１と、第１コイル１１の他方の端部とコア２の中心軸Ｏとを結ぶ第２仮想直線Ｌ２と、がなす角度は、３０度である。言い換えると、Ｚ方向から見て、第１コイル１１の中心軸は、円弧の形状を有しており、当該円弧の中心角が３０度である。
第２コイル１２は、第１コイル１１と同様に、コア２に３０度の幅で巻回されている。第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６についても、第１コイル１１と同様に、コア２に３０度の幅で巻回されている。
第１コイル１１の巻数、第２コイル１２の巻数、第３コイル１３の巻数、第４コイル１４の巻数、第５コイル１５の巻数、および第６コイル１６の巻数は、等しい。また、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６は、巻線の形状、および材質が同じである。
第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６は、この順で配置されている。図１に示す例では、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６は、右回りに、この順で配置されている。
第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６は、等間隔に配置されている。すなわち、第１コイル１１と第２コイル１２の間隔、第２コイル１２と第３コイル１３の間隔、第３コイル１３と第４コイル１４の間隔、第４コイル１４と第５コイル１５の間隔、第５コイル１５と第６コイル１６の間隔、および第６コイル１６と第１コイル１１の間隔は、等しい。第１コイル１１と第２コイル１２の間隔は、３０度である。
第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６には、電源２０から電流が供給される。図１に示す例では、第１コイル１１と第３コイル１３とが直列に接続されたものと、第４コイル１４と第６コイル１６とが直列に接続されたものと、第２コイル１２と、第５コイル１５と、が、電源２０に対して並列に接続されている。
第１コイル１１に流れる電流の大きさ、第３コイル１３に流れる電流の大きさ、第４コイル１４に流れる電流の大きさ、および第６コイル１６に流れる電流の大きさは、等しい。また、第２コイル１２に流れる電流の大きさ、および第５コイル１５に流れる電流の大きさは、等しい。第２コイル１２に流れる電流の大きさは、第１コイル１１に流れる電流の大きさの２倍である。
例えば、第１コイル１１に流れる電流の大きさをＩアンペアとした場合、第２コイル１２に流れる電流の大きさは、２×Ｉアンペアである。また、第３コイル１３に流れる電流の大きさは、Ｉアンペアであり、第４コイル１４に流れる電流の大きさは、Ｉアンペアであり、第５コイル１５に流れる電流の大きさは、２×Ｉアンペアであり、第６コイル１６に流れる電流の大きさは、Ｉアンペアである。
ここで、コイルの起磁力は、コイルの巻数とコイルに流れる電流の積によって決まる。そのため、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６に流れる電流が上記の関係を有することにより、第１コイル１１の起磁力、第３コイル１３の起磁力、第４コイル１４の起磁力、および第６コイル１６の起磁力は、等しくなる。また、第２コイル１２の起磁力および第５コイル１５の起磁力は、等しくなる。また、第２コイル１２の起磁力は、第１コイル１１の起磁力の２
倍となる。
例えば、第１コイル１１の起磁力をＦアンペアとした場合、第２コイル１２の起磁力は、２×Ｆアンペアである。また、第３コイル１３の起磁力は、Ｆアンペアであり、第４コイル１４の起磁力は、Ｆアンペアであり、第５コイル１５の起磁力は、２×Ｆアンペアであり、第６コイル１６の起磁力は、Ｆアンペアである。
図２は、各コイルの励磁方向を説明するための図である。ここで、コイルの励磁方向とは、コイルが、コイル内につくる磁力線の方向である。コイルの励磁方向は、コイルの巻かれている向きと、コイルを流れる電流の向きと、によって決まる。
第１コイル１１は、励磁方向として２つの方向を取り得る。具体的には、第１コイル１１の励磁方向は、コア２に沿った右回り方向、コア２に沿った左回り方向、の２つの方向を取り得る。第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６についても同様に、励磁方向として２つの方向を取り得る。
偏向器１００において、第１コイル１１の励磁方向、第２コイル１２の励磁方向、および第３コイル１３の励磁方向は、同じ方向である。また、第４コイル１４の励磁方向、第５コイル１５の励磁方向、および第６コイル１６の励磁方向は、同じ方向である。また、第１コイル１１の励磁方向と第４コイル１４の励磁方向とは反対方向である。
第１コイル１１の励磁方向は、第１方向Ｄ１である。図２に示す例では、第１方向Ｄ１は、コア２に沿った右回り方向である。第２コイル１２の励磁方向、および第３コイル１３の励磁方向は、第１コイル１１の励磁方向と同じ、第１方向Ｄ１である。
第４コイル１４の励磁方向は、第２方向Ｄ２である。第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１とは反対方向である。図２に示す例では、第２方向Ｄ２は、コア２に沿った左回り方向である。第５コイル１５の励磁方向、および第６コイル１６の励磁方向は、第４コイル１４の励磁方向と同じ、第２方向Ｄ２である。
なお、図示はしないが、第１方向Ｄ１が左回り方向であり、第２方向Ｄ２が右回り方向であってもよい。
このように、第１コイル１１、第２コイル１２、および第３コイル１３と、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６は、第１仮想平面Ｆ１に関して対称に励磁される。第１仮想平面Ｆ１は、中心軸Ｏを通りＸ軸に平行な軸と、中心軸Ｏと、を含む平面である。Ｘ軸は、偏向器１００がつくる偏向磁場の方向に平行な軸である。
電源２０は、図１に示すように、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６に電流を供給する。電源２０は、直流電源である。
１．２． 動作
次に、偏向器１００の動作を説明する。図３は、偏向器１００の動作を説明するための図である。
電源２０が、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６に電流を供給する。これにより、偏向器１００では、磁気ポテンシャルが、第１仮想平面Ｆ１に関して対称であり、かつ、第２仮想平面Ｆ２に関して反対称となる。第２仮想平面Ｆ２は、中心軸Ｏを通りＹ軸に平行な軸と、中心軸
Ｏと、を含む平面である。すなわち、第２仮想平面Ｆ２は、偏向磁場Ｂｘの方向に垂直な平面である。
上記の磁気ポテンシャルが生じることによって、第１コイル１１、第３コイル１３、第４コイル１４、および第６コイル１６からなる第１組１０１は、Ｘ方向の偏向磁場と、６極子場を発生させる。また、第２コイル１２および第５コイル１５からなる第２組１０２は、Ｘ方向の偏向磁場と、６極子場を発生させる。
第１組１０１が発生させる偏向磁場の方向と、第２組１０２が発生させる偏向磁場の方向とは、同じである。したがって、偏向器１００では、Ｘ方向の偏向磁場を発生させることができる。一方、第１組１０１が発生させる６極子場と第２組１０２が発生させる６極子場とは、極性が逆であり、打ち消し合う。したがって、偏向器１００では、６極子場を小さくできる。
１．３． 特徴
偏向器１００は、例えば、以下の特徴を有する。
偏向器１００では、第１コイル１１の励磁方向、第２コイル１２の励磁方向、および第３コイル１３の励磁方向は、同じ方向であり、第４コイル１４の励磁方向、第５コイル１５の励磁方向、および第６コイル１６の励磁方向は、同じ方向であり、第１コイル１１の励磁方向と第４コイル１４の励磁方向とは反対方向である。また、第１コイル１１の起磁力、第３コイル１３の起磁力、第４コイル１４の起磁力、および第６コイル１６の起磁力は、等しく、第２コイル１２の起磁力および第５コイル１５の起磁力は、等しく、第２コイル１２の起磁力は、第１コイル１１の起磁力の２倍である。
そのため、偏向器１００では、第１組１０１が発生させる偏向磁場の方向と、第２組１０２が発生させる偏向磁場の方向とが、同じとなるため、偏向磁場を発生させることができる。また、偏向器１００では、第１組１０１が発生させる６極子場と第２組１０２が発生させる６極子場とは、極性が逆であり、打ち消し合う。そのため、偏向器１００では、６極子場を小さくできる。したがって、偏向器１００では、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を歪ませることなく、偏向できる。
また、偏向器１００は、円環状のコア２に、コイルが巻回されたトロイダルコイルである。そのため、例えば、偏向器として、馬蹄型のコイルを用いる場合と比べて、小型化を図ることができる。
偏向器１００では、第１コイル１１の巻数、第２コイル１２の巻数、第３コイル１３の巻数、第４コイル１４の巻数、第５コイル１５の巻数、および第６コイル１６の巻数は、等しい。また、第１コイル１１に流れる電流の大きさ、第３コイル１３に流れる電流の大きさ、第４コイル１４に流れる電流の大きさ、および第６コイル１６に流れる電流の大きさは、等しく、第２コイル１２に流れる電流の大きさ、および第５コイル１５に流れる電流の大きさは、等しく、第２コイル１２に流れる電流の大きさは、第１コイル１１に流れる電流の大きさの２倍である。そのため、偏向器１００では、第１コイル１１の巻数、第２コイル１２の巻数、第３コイル１３の巻数、第４コイル１４の巻数、第５コイル１５の巻数、および第６コイル１６の巻数を変えることなく、上記の磁気ポテンシャルを発生させることができる。
２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る偏向器について、図面を参照しながら説明する。図４は、第２実施形態に係る偏向器２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る偏向器
２００において、第１実施形態に係る偏向器１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
上記の偏向器１００では、各コイルに流れる電流を調整することによって、各コイルの起磁力を制御した。
これに対して、偏向器２００では、各コイルの巻数を調整することによって、各コイルの起磁力を制御している。
具体的には、偏向器２００では、第１コイル１１の巻数、第３コイル１３の巻数、第４コイル１４の巻数、および第６コイル１６の巻数は、等しい。また、第２コイル１２の巻数、および第５コイル１５の巻数は、等しい。第２コイル１２の巻数は、第１コイル１１の巻数の２倍である。すなわち、第１コイル１１の巻数をＮとすると、第２コイル１２の巻数は、２×Ｎであり、第３コイル１３の巻数は、Ｎであり、第４コイル１４の巻数は、Ｎであり、第５コイル１５の巻数は、２×Ｎであり、第６コイル１６の巻数は、Ｎである。
偏向器２００では、第１コイル１１に流れる電流の大きさ、第２コイル１２に流れる電流の大きさ、第３コイル１３に流れる電流の大きさ、第４コイル１４に流れる電流の大きさ、第５コイル１５に流れる電流の大きさ、および第６コイル１６に流れる電流の大きさは、等しい。
図４に示すように、第１コイル１１と第２コイル１２と第３コイル１３とを直列に接続したものと、第４コイル１４と第５コイル１５と第６コイル１６とを直列に接続したものと、が電源２０に対して並列に接続されている。
偏向器２００では、上記の偏向器１００と同様の磁気ポテンシャルを発生させることができる。したがって、偏向器２００では、偏向器１００と同様に、６極子場を小さくできる。また、偏向器２００では、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６に流す電流の大きさを同じにできる。
３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る偏向器について、図面を参照しながら説明する。図５は、第３実施形態に係る偏向器３００の構成を示す図である。以下、第３実施形態に係る偏向器３００において、第１実施形態に係る偏向器１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
上記の偏向器１００は、コア２に、６つのコイルを配置して、Ｘ方向の偏向磁場を発生させた。これに対して、偏向器３００では、コア２に、６つのコイルからなるコイル群を２つ配置して、Ｘ方向の偏向磁場およびＹ方向の偏向磁場を発生させる。
偏向器３００は、図５に示すように、コア２と、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３と、第４コイル１４と、第５コイル１５と、第６コイル１６と、電源２０（以下、「第１電源」ともいう）と、第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３と、第１０コイル３４と、第１１コイル３５と、第１２コイル３６と、第２電源２２と、を含む。
偏向器３００では、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６が、第１コイル群３０１を構成している。ま
た、第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６が、第２コイル群３０２を構成している。
第１コイル群３０１は、Ｘ方向の偏向磁場を発生させる。第２コイル群３０２は、Ｙ方向の偏向磁場を発生させる。第２コイル群３０２は、第１コイル群３０１を、中心軸Ｏを軸として、９０度回転したものである。
第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６の構成は、上記の偏向器１００と同様である。
第７コイル３１は、コア２に３０度の幅で巻回されている。第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６についても、第７コイル３１と同様に、コア２に３０度の幅で巻回されている。
第７コイル３１の巻数、第８コイル３２の巻数、第９コイル３３の巻数、第１０コイル３４の巻数、第１１コイル３５の巻数、および第１２コイル３６の巻数は、等しい。また、第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６は、巻線の形状、および材質が同じである。
偏向器３００では、第１コイル１１、第１２コイル３６、第２コイル１２、第７コイル３１、第３コイル１３、第８コイル３２、第４コイル１４、第９コイル３３、第５コイル１５、第１０コイル３４、第６コイル１６、および第１１コイル３５は、この順で配置されている。図２に示す例では、第１コイル１１、第１２コイル３６、第２コイル１２、第７コイル３１、第３コイル１３、第８コイル３２、第４コイル１４、第９コイル３３、第５コイル１５、第１０コイル３４、第６コイル１６、および第１１コイル３５は、右回りに、この順で配置されている。
第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６は、等間隔に配置されている。すなわち、第７コイル３１と第８コイル３２の間隔、第８コイル３２と第９コイル３３の間隔、第９コイル３３と第１０コイル３４の間隔、第１０コイル３４と第１１コイル３５の間隔、第１１コイル３５と第１２コイル３６の間隔、および第１２コイル３６と第７コイル３１の間隔は、等しい。第７コイル３１と第８コイル３２の間隔は、３０度である。
第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、第６コイル１６、第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６は、互いに重ならない。
例えば、第１コイル１１と第２コイル１２の間隔は３０度であり、この第１コイル１１と第２コイル１２の間に、３０度の幅を有する第１２コイル３６が配置されている。第１コイル１１と第２コイル１２の間に配置されている第１２コイル３６は、第１コイル１１および第２コイル１２と重ならない。
同様に、第２コイル１２と第３コイル１３の間に配置されている第７コイル３１は、第２コイル１２および第３コイル１３と重ならない。同様に、第３コイル１３と第４コイル１４の間に配置されている第８コイル３２は、第３コイル１３および第４コイル１４と重ならない。同様に、第４コイル１４と第５コイル１５の間に配置されている第９コイル３３は、第４コイル１４および第５コイル１５と重ならない。同様に、第５コイル１５と第６コイル１６の間に配置されている第１０コイル３４は、第５コイル１５および第６コイル１６と重ならない。同様に、第６コイル１６と第１コイル１１の間に配置されている第
１１コイル３５は、第６コイル１６および第１コイル１１と重ならない。同様に、第１コイル１１と第２コイル１２の間に配置されている第１２コイル３６は、第１コイル１１および第２コイル１２と重ならない。
第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６には、第２電源２２から電流が供給される。第７コイル３１と第９コイル３３とが直列に接続されたものと、第１０コイル３４と第１２コイル３６とが直列に接続されたものと、第８コイル３２と、第１１コイル３５と、が、第２電源２２に対して並列に接続されている。
第７コイル３１に流れる電流の大きさ、第９コイル３３に流れる電流の大きさ、第１０コイル３４に流れる電流の大きさ、第１２コイル３６に流れる電流の大きさは、等しい。また、第８コイル３２に流れる電流の大きさ、および第１１コイル３５に流れる電流の大きさは、等しい。第８コイル３２に流れる電流の大きさは、第７コイル３１に流れる電流の大きさの２倍である。
第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６に流れる電流が上記の関係を有することにより、第７コイル３１の起磁力、第９コイル３３の起磁力、第１０コイル３４の起磁力、および第１２コイル３６の起磁力は、等しくなる。また、第８コイル３２の起磁力および第１１コイル３５の起磁力は、等しくなる。また、第８コイル３２の起磁力は、第７コイル３１の起磁力の２倍となる。
図６は、第２コイル群３０２の励磁方向を説明するための図である。
偏向器３００において、第７コイル３１の励磁方向、第８コイル３２の励磁方向、および第９コイル３３の励磁方向は、同じ方向である。また、第１０コイル３４の励磁方向、第１１コイル３５の励磁方向、および第１２コイル３６の励磁方向は、同じ方向である。また、第７コイル３１の励磁方向と第１０コイル３４の励磁方向とは反対方向である。
第７コイル３１の励磁方向は、第３方向Ｄ３である。図６に示す例では、第３方向Ｄ３は、コア２に沿った右回り方向である。第８コイル３２の励磁方向、および第９コイル３３の励磁方向は、第７コイル３１の励磁方向と同じ、第３方向Ｄ３である。
第１０コイル３４の励磁方向は、第４方向Ｄ４である。第４方向Ｄ４は、第３方向Ｄ３とは反対方向である。図６に示す例では、第４方向Ｄ４は、コア２に沿った左回り方向である。第１１コイル３５の励磁方向、および第１２コイル３６の励磁方向は、第１０コイル３４の励磁方向と同じ、第４方向Ｄ４である。
なお、図示はしないが、第３方向Ｄ３が左回り方向であり、第４方向Ｄ４が右回り方向であってもよい。
このように、第７コイル３１、第８コイル３２、および第９コイル３３と、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６は、第３仮想平面Ｆ３に関して対称に励磁される。第３仮想平面Ｆ３は、中心軸Ｏを通りＹ軸に平行な軸と、中心軸Ｏと、を含む平面である。Ｙ軸は、偏向器３００の第２コイル群３０２がつくる偏向磁場の方向に平行な軸である。
第２電源２２は、第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６に電流を供給する。第２電源２２は、直
流電源である。
３．２． 動作
次に、偏向器３００の動作を説明する。図７は、偏向器３００の動作を説明するための図である。
第１電源２０が、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６に電流を供給する。これにより、第１コイル群３０１は、上述した「１．３． 動作」で説明したように、Ｘ方向の偏向磁場Ｂｘを発生させる。
また、第２電源２２が、第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６に電流を供給する。これにより、第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６は、偏向器１００の磁気ポテンシャルを、９０度回転した磁気ポテンシャルを発生させる。したがって、第２コイル群３０２は、Ｙ方向の偏向磁場Ｂｙを発生させる。このとき、第７コイル３１、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１２コイル３６からなる組が発生させる６極子場と、第８コイル３２および第１１コイル３５からなる組が発生させる６極子場とは、極性が逆であり、打ち消し合う。したがって、６極子場を小さくできる。
上記のように、偏向器３００では、第１コイル群３０１および第２コイル群３０２によって、Ｘ方向の偏向磁場Ｂｘ、およびＹ方向の偏向磁場Ｂｙを発生させることができる。
３．３． 特徴
偏向器３００は、例えば、以下の特徴を有する。
偏向器３００では、第７コイル３１の励磁方向、第８コイル３２の励磁方向、および第９コイル３３の励磁方向は、同じ方向であり、第１０コイル３４の励磁方向、第１１コイル３５の励磁方向、および第１２コイル３６の励磁方向は、同じ方向であり、第７コイル３１の励磁方向と第１０コイル３４の励磁方向とは、反対方向である。また、第７コイル３１の起磁力、第９コイル３３の起磁力、第１０コイル３４の起磁力、および第１２コイル３６の起磁力は、等しく、第８コイル３２の起磁力、および第１１コイル３５の起磁力は、等しく、第８コイル３２の起磁力は、第７コイル３１の起磁力の２倍である。
そのため、偏向器３００では、第７コイル３１、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１２コイル３６からなる組が発生させる偏向磁場の方向と、第８コイル３２および第１１コイル３５からなる組が発生させる偏向磁場の方向と、が同じとなるため、Ｙ方向の偏向磁場を発生させることができる。また、偏向器３００では、第７コイル３１、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１２コイル３６からなる組が発生させる６極子場と、第８コイル３２および第１１コイル３５からなる組が発生させる６極子場とは、極性が逆であり、打ち消し合う。そのため、偏向器３００では、６極子場を小さくできる。
したがって、偏向器３００では、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を歪ませることなく、Ｘ方向およびＹ方向に偏向できる。
さらに、偏向器３００では、第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、第６コイル１６、第７コイル３１、第８コイル３２、第９コイル３３、第１０コイル３４、第１１コイル３５、および第１２コイル３６は、互いに重ならない。そのため、偏向器３００は、製造が容易である。例えば、偏向器３００では
、コイルの端末部分が、巻き線部分と重ならない。したがって、コイルの端末部分の処理が容易である。
偏向器３００では、Ｘ方向の偏向磁場を発生させる第１コイル群３０１と、Ｙ方向の偏向磁場を発生させる第２コイル群３０２とが、向きが異なるだけで、同じ構成にできる。そのため、偏向器３００では、例えば、第１コイル群３０１に流す電流の大きさと、第２コイル群３０２に流す電流の大きさを、等しくすることによって、同じ大きさの偏向磁場を発生させることができる。したがって、偏向器３００では、偏向磁場の制御が容易である。
４． 第４実施形態
次に、第４実施形態に係る偏向器について、図面を参照しながら説明する。図８は、第４実施形態に係る偏向器４００の構成を示す図である。以下、第４実施形態に係る偏向器４００において、第１実施形態に係る偏向器１００、第２実施形態に係る偏向器２００、第３実施形態に係る偏向器３００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
上記の偏向器３００では、図５に示すように、第１コイル群３０１がＸ方向の偏向磁場を発生させ、第２コイル群３０２がＹ方向の偏向磁場を発生させた。また、第１コイル群３０１および第２コイル群３０２では、各コイルに流れる電流を調整することによって、各コイルの起磁力を制御した。
これに対して、偏向器４００では、第１コイル群３０１および第２コイル群３０２では、各コイルの巻数を調整することによって、各コイルの起磁力を制御している。
第１コイル１１、第２コイル１２、第３コイル１３、第４コイル１４、第５コイル１５、および第６コイル１６の構成は、上記の偏向器２００と同様である。
第７コイル３１の巻数、第９コイル３３の巻数、第１０コイル３４の巻数、第１２コイル３６の巻数は、等しい。また、第８コイル３２の巻数、および第１１コイル３５の巻数は、等しい。第８コイル３２の巻数は、第７コイル３１の巻数の２倍である。
第７コイル３１に流れる電流の大きさ、第８コイル３２に流れる電流の大きさ、第９コイル３３に流れる電流の大きさ、第１０コイル３４に流れる電流の大きさ、第１１コイル３５に流れる電流の大きさ、および第１２コイル３６に流れる電流の大きさは、等しい。
偏向器４００では、第７コイル３１と第８コイル３２と第９コイル３３とを直列に接続したものと、第１０コイル３４と第１１コイル３５と第１２コイル３６とを直列に接続したものとが、第２電源２２に対して並列に接続されている。
偏向器４００では、上記の偏向器２００、および偏向器３００と同様の作用効果を奏することができる。
５． 第５実施形態
次に、第５実施形態に係る荷電粒子線装置について説明する。以下では、第５実施形態に係る荷電粒子線装置が透過電子顕微鏡である場合について説明する。
図９は、第５実施形態に係る荷電粒子線装置５００の構成を示す図である。荷電粒子線装置５００は、図９に示すように、偏向器１００を含む。なお、ここでは、荷電粒子線装置５００が偏向器１００を含む場合について説明するが、荷電粒子線装置５００は、偏向
器２００を含んでいてもよいし、偏向器３００を含んでいてもよいし、偏向器４００を含んでいてもよい。
荷電粒子線装置５００は、図９に示すように、電子銃５０１と、照射レンズ系５０２と、試料ステージ５０４と、対物レンズ５０６と、中間レンズ５０８と、投影レンズ５１０と、撮像装置５１２と、を含む。
電子銃５０１は、電子線ＥＢを放出する。照射レンズ系５０２は、試料に電子線ＥＢを照射する。照射レンズ系５０２は、電子線ＥＢを収束させる。
試料ステージ５０４は、試料を保持する。試料ステージ５０４は、試料を水平方向や鉛直方向に移動させる移動機構、および、試料を傾斜させる傾斜機構を備えている。試料ステージ５０４で試料を移動させることによって、透過電子顕微鏡像の視野を移動させることができる。
対物レンズ５０６は、試料を透過した電子線で、透過電子顕微鏡像を結像する。中間レンズ５０８および投影レンズ５１０は、対物レンズ５０６で形成された像を撮像装置５１２に投影する。
撮像装置５１２は、透過電子顕微鏡像を撮影する。撮像装置５１２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ、ＣＭＯＳ（Complementary metal-oxide-semiconductor）カメラなどである。
偏向器１００は、対物レンズ５０６と中間レンズ５０８との間に配置されている。図示の例では、偏向器１００は、２つ配置されている。偏向器１００は、試料を透過した電子線ＥＢを偏向させることで、透過電子顕微鏡像の視野を移動させるために用いられる。これにより、試料ステージ５０４による試料を移動させなくても、視野を移動させることができる。このように、荷電粒子線装置５００では、偏向器１００を、イメージシフト用の偏向器として用いている。
偏向器１００は、上述したように、６極子場を小さくできるため、電子線ＥＢを歪ませることなく偏向できる。したがって、荷電粒子線装置５００では、偏向器１００を用いて電子線ＥＢを偏向することによって透過電子顕微鏡像の視野を移動したとしても、像の歪みが小さい。
また、偏向器１００は、上述したように、小型化を図ることができるため、対物レンズ５０６と中間レンズ５０８との間の狭い空間に配置できる。
なお、上記では、荷電粒子線装置５００において、偏向器１００を、イメージシフト用の偏向器として用いた場合について説明したが、偏向器１００を、その他の用途の偏向器に用いてもよい。
また、上記では、偏向器１００を、透過電子顕微鏡に適用した場合について説明したが、偏向器１００をその他の荷電粒子線装置に適用することもできる。このような荷電粒子線装置としては、例えば、走査電子顕微鏡、走査透過電子顕微鏡、集束イオンビーム装置、電子プローブマイクロアナライザー、オージェマイクロプローブ、電子ビーム描画装置などが挙げられる。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実
施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
２…コア、１１…第１コイル、１２…第２コイル、１３…第３コイル、１４…第４コイル、１５…第５コイル、１６…第６コイル、２０…電源、２２…第２電源、３１…第７コイル、３２…第８コイル、３３…第９コイル、３４…第１０コイル、３５…第１１コイル、３６…第１２コイル、１００…偏向器、１０１…第１組、１０２…第２組、２００…偏向器、３００…偏向器、３０１…第１コイル群、３０２…第２コイル群、４００…偏向器、５００…荷電粒子線装置、５０１…電子銃、５０２…照射レンズ系、５０４…試料ステージ、５０６…対物レンズ、５０８…中間レンズ、５１０…投影レンズ、５１２…撮像装置

Claims (7)

  1. 円環状のコアと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第１コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第２コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第３コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第４コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第５コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第６コイルと、
    を含み、
    前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル、前記第４コイル、前記第５コイル、および前記第６コイルは、この順で配置され、
    前記第１コイルと前記第２コイルの間隔、前記第２コイルと前記第３コイルの間隔、前記第３コイルと前記第４コイルの間隔、前記第４コイルと前記第５コイルの間隔、前記第５コイルと前記第６コイルの間隔、および前記第６コイルと前記第１コイルの間隔は、等しく、
    前記第１コイルの励磁方向、前記第２コイルの励磁方向、および前記第３コイルの励磁方向は、同じ方向であり、
    前記第４コイルの励磁方向、前記第５コイルの励磁方向、および前記第６コイルの励磁方向は、同じ方向であり、
    前記第１コイルの励磁方向と前記第４コイルの励磁方向とは、反対方向であり、
    前記第１コイルの起磁力、前記第３コイルの起磁力、前記第４コイルの起磁力、および前記第６コイルの起磁力は、等しく
    前記第２コイルの起磁力、および前記第５コイルの起磁力は、等しく、
    前記第２コイルの起磁力は、前記第１コイルの起磁力の２倍である、偏向器。
  2. 請求項１において、
    前記第１コイルの巻数、前記第２コイルの巻数、前記第３コイルの巻数、前記第４コイルの巻数、前記第５コイルの巻数、および前記第６コイルの巻数は、等しく、
    前記第１コイルに流れる電流の大きさ、前記第３コイルに流れる電流の大きさ、前記第４コイルに流れる電流の大きさ、および前記第６コイルに流れる電流の大きさは、等しく、
    前記第２コイルに流れる電流の大きさ、および前記第５コイルに流れる電流の大きさは、等しく、
    前記第２コイルに流れる電流の大きさは、前記第１コイルに流れる電流の大きさの２倍である、偏向器。
  3. 請求項１において、
    前記第１コイルの巻数、前記第３コイルの巻数、前記第４コイルの巻数、および前記第６コイルの巻数は、等しく、
    前記第２コイルの巻数および前記第５コイルの巻数は、等しく、
    前記第２コイルの巻数は、前記第１コイルの巻数の２倍であり、
    前記第１コイルに流れる電流の大きさ、前記第２コイルに流れる電流の大きさ、前記第３コイルに流れる電流の大きさ、前記第４コイルに流れる電流の大きさ、前記第５コイルに流れる電流の大きさ、および前記第６コイルに流れる電流の大きさは、等しい、偏向器。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第７コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第８コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第９コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第１０コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第１１コイルと、
    前記コアに３０度の幅で巻回された第１２コイルと、
    を含み、
    前記第１コイル、前記第１２コイル、前記第２コイル、前記第７コイル、前記第３コイル、前記第８コイル、前記第４コイル、前記第９コイル、前記第５コイル、前記第１０コイル、前記第６コイル、および前記第１１コイルは、この順で配置され、
    前記第７コイルと前記第８コイルの間隔、前記第８コイルと前記第９コイルの間隔、前記第９コイルと前記第１０コイルの間隔、前記第１０コイルと前記第１１コイルの間隔、前記第１１コイルと前記第１２コイルの間隔、および前記第１２コイルと前記第７コイルの間隔は、等しく、
    前記第７コイルの励磁方向、前記第８コイルの励磁方向、および前記第９コイルの励磁方向は、同じ方向であり、
    前記第１０コイルの励磁方向、前記第１１コイルの励磁方向、および前記第１２コイルの励磁方向は、同じ方向であり、
    前記第７コイルの励磁方向と前記第１０コイルの励磁方向とは、反対方向であり、
    前記第７コイルの起磁力、前記第９コイルの起磁力、前記第１０コイルの起磁力、および前記第１２コイルの起磁力は、等しく
    前記第８コイルの起磁力、および前記第１１コイルの起磁力は、等しく、
    前記第８コイルの起磁力は、前記第７コイルの起磁力の２倍であり、
    前記第１コイル、前記第２コイル、前記第３コイル、前記第４コイル、前記第５コイル、前記第６コイル、前記第７コイル、前記第８コイル、前記第９コイル、前記第１０コイル、前記第１１コイル、および前記第１２コイルは、互いに重ならない、偏向器。
  5. 請求項４において、
    前記第７コイルの巻数、前記第８コイルの巻数、前記第９コイルの巻数、前記第１０コイルの巻数、前記第１１コイルの巻数、および前記第１２コイルの巻数は、等しく、
    前記第７コイルに流れる電流の大きさ、前記第９コイルに流れる電流の大きさ、前記第１０コイルに流れる電流の大きさ、および前記第１２コイルに流れる電流の大きさは、等しく、
    前記第８コイルに流れる電流の大きさ、および前記第１１コイルに流れる電流の大きさは、等しく、
    前記第８コイルに流れる電流の大きさは、前記第７コイルに流れる電流の大きさの２倍である、偏向器。
  6. 請求項４において、
    前記第７コイルの巻数、前記第９コイルの巻数、前記第１０コイルの巻数、および前記第１２コイルの巻数は、等しく、
    前記第８コイルの巻数および前記第１１コイルの巻数は、等しく、
    前記第８コイルの巻数は、前記第７コイルの巻数の２倍であり、
    前記第７コイルに流れる電流の大きさ、前記第８コイルに流れる電流の大きさ、前記第９コイルに流れる電流の大きさ、前記第１０コイルに流れる電流の大きさ、前記第１１コイルに流れる電流の大きさ、および前記第１２コイルに流れる電流の大きさは、等しい、偏向器。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の偏向器を含む、荷電粒子線装置。
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