JPH0133897B2 - - Google Patents
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- JPH0133897B2 JPH0133897B2 JP57186919A JP18691982A JPH0133897B2 JP H0133897 B2 JPH0133897 B2 JP H0133897B2 JP 57186919 A JP57186919 A JP 57186919A JP 18691982 A JP18691982 A JP 18691982A JP H0133897 B2 JPH0133897 B2 JP H0133897B2
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- JP
- Japan
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- charged particle
- lens
- particle beam
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- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 19
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/05—Electron or ion-optical arrangements for separating electrons or ions according to their energy or mass
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はウイーン型フイルターとレンズを用い
て荷電粒子線を出来るだけ微小に集束するための
方法に関する。
て荷電粒子線を出来るだけ微小に集束するための
方法に関する。
イオンマイクロアナライザー等のように電子以
外の荷電粒子線を用いる装置に使用される荷電粒
子線源からは、目的とするエネルギーと質量を有
する荷電粒子線だけではなく、それらとは異なつ
たエネルギー（速度）や質量を有する荷電粒子線
も同時に発生し、この不要な荷電粒子線の量が目
的とする荷電粒子線の量に比較して無視できない
程度であることが多い。そのため、前記イオンマ
イクロアナライザーにおいてはイオン源からのイ
オンを試料上で集束するためにレンズ系内にフイ
ルターを設け、不要な荷電粒子線を取り除くよう
にしている。このような目的に使用されるフイル
ターとしては静電場と静磁場を直交させた構造の
簡単なウイーン型フイルターが使用されることが
多いが、集束レンズ系に組み込んだ場合、ウイー
ン型フイルターによる幾何収差やエネルギー分散
が集束レンズの集束作用に少なからぬ影響を与え
ることになる。
外の荷電粒子線を用いる装置に使用される荷電粒
子線源からは、目的とするエネルギーと質量を有
する荷電粒子線だけではなく、それらとは異なつ
たエネルギー（速度）や質量を有する荷電粒子線
も同時に発生し、この不要な荷電粒子線の量が目
的とする荷電粒子線の量に比較して無視できない
程度であることが多い。そのため、前記イオンマ
イクロアナライザーにおいてはイオン源からのイ
オンを試料上で集束するためにレンズ系内にフイ
ルターを設け、不要な荷電粒子線を取り除くよう
にしている。このような目的に使用されるフイル
ターとしては静電場と静磁場を直交させた構造の
簡単なウイーン型フイルターが使用されることが
多いが、集束レンズ系に組み込んだ場合、ウイー
ン型フイルターによる幾何収差やエネルギー分散
が集束レンズの集束作用に少なからぬ影響を与え
ることになる。
第１図は従来のイオンマイクロアナライザーの
光学系の一例を示す略図である。図中イオン源１
から発散するイオンビーム２は光軸ｚに沿つて配
置された二段の集束用静電レンズ３，４によつて
順次集束され試料５の面上に微小系を有するイオ
ンビーム像を形成する。又、静電レンズ３，４の
間には二枚の静電偏向板７ａ，７ｂ、二枚の磁極
板８ａ，８ｂ（但し８ｂは図示せず）、及び絞り板
９からなるウイーン型フイルター６が配置されて
おり、フイルター内で形成される互いに直交した
静電場と静磁場によつて特定のエネルギーと質量
を有する荷電粒子線のみを直進させて絞り板９を
通過させ、それ以外の荷電粒子線は静電場の方向
に偏向して絞り板９によつてカツトしている。所
で従来装置におけるウイーン型フイルターの配置
方法はいろいろで、イオン源１と集束レンズ３の
間に配置する装置もあり、又第１図のように配置
する場合にも集束レンズ３によるイオン源１の像
Ｓをどの位置に形成するのかは所望とするイオン
ビーム電流値等に応じて適当に決定されるのが普
通で、ウイーン型フイルターの影響によつて試料
面上におけるイオンビームの断面径は必ずしも十
分に集束されているとは限らなかつた。本発明は
集束レンズ系にウイーン型フイルターを組み込ん
だ場合における荷電粒子線に対する集束作用を最
も高めるレンズ系の調整方法を提供することを目
的とするもので、荷電粒子線源から発散する荷電
粒子線を、その中間にウイーン型フイルターを有
する２段のレンズによつて集束する場合に、前記
ウイーン型フイルターの中央位置を該フイルター
の前段のレンズの仮想像面位置及び該フイルター
の後段のレンズの仮想物面位置と一致するように
前記レンズの強度を調整することを特徴とするも
のである。
光学系の一例を示す略図である。図中イオン源１
から発散するイオンビーム２は光軸ｚに沿つて配
置された二段の集束用静電レンズ３，４によつて
順次集束され試料５の面上に微小系を有するイオ
ンビーム像を形成する。又、静電レンズ３，４の
間には二枚の静電偏向板７ａ，７ｂ、二枚の磁極
板８ａ，８ｂ（但し８ｂは図示せず）、及び絞り板
９からなるウイーン型フイルター６が配置されて
おり、フイルター内で形成される互いに直交した
静電場と静磁場によつて特定のエネルギーと質量
を有する荷電粒子線のみを直進させて絞り板９を
通過させ、それ以外の荷電粒子線は静電場の方向
に偏向して絞り板９によつてカツトしている。所
で従来装置におけるウイーン型フイルターの配置
方法はいろいろで、イオン源１と集束レンズ３の
間に配置する装置もあり、又第１図のように配置
する場合にも集束レンズ３によるイオン源１の像
Ｓをどの位置に形成するのかは所望とするイオン
ビーム電流値等に応じて適当に決定されるのが普
通で、ウイーン型フイルターの影響によつて試料
面上におけるイオンビームの断面径は必ずしも十
分に集束されているとは限らなかつた。本発明は
集束レンズ系にウイーン型フイルターを組み込ん
だ場合における荷電粒子線に対する集束作用を最
も高めるレンズ系の調整方法を提供することを目
的とするもので、荷電粒子線源から発散する荷電
粒子線を、その中間にウイーン型フイルターを有
する２段のレンズによつて集束する場合に、前記
ウイーン型フイルターの中央位置を該フイルター
の前段のレンズの仮想像面位置及び該フイルター
の後段のレンズの仮想物面位置と一致するように
前記レンズの強度を調整することを特徴とするも
のである。
第２図はウイーン型フイルターにおける荷電粒
子線の軌道を説明するための略図であり、直交座
標系（ｘ、ｙ、ｚ）の原点Ｏを含むxy面をフイ
ルターの入射面としてｚ軸左側に配置された第１
集束レンズ（図示せず）を通過したイオンビーム
がｚ軸に沿つて入射しｚ軸右側に配置された第２
集束レンズと試料（図示せず）に向かう状態が示
されている。フイルター内の静電場Ｅはｚ軸原点
ＯからLfの範囲においてｙ軸方向に形成され、一
方静電場Ｂは同じ範囲においてｘ軸方向に形成さ
れる。
子線の軌道を説明するための略図であり、直交座
標系（ｘ、ｙ、ｚ）の原点Ｏを含むxy面をフイ
ルターの入射面としてｚ軸左側に配置された第１
集束レンズ（図示せず）を通過したイオンビーム
がｚ軸に沿つて入射しｚ軸右側に配置された第２
集束レンズと試料（図示せず）に向かう状態が示
されている。フイルター内の静電場Ｅはｚ軸原点
ＯからLfの範囲においてｙ軸方向に形成され、一
方静電場Ｂは同じ範囲においてｘ軸方向に形成さ
れる。
初めに、ウイーン型フイルターによる色収差に
ついて考察する。今フイルター内の電場Ｅと磁場
Ｂの強度をエネルギーV0のイオンビームを通過
させるように設定し、ｚ軸に沿つて入射するイオ
ンビームＩ１，Ｉ２，Ｉ３が夫々Ｖ＝V0−△Ｖ、
Ｖ＝V0、Ｖ＝V0＋△Ｖのエネルギーを有してい
るものとすると、この軌道は図中、Ｑ２，Ｑ１，
Ｑ３で示す如く、Ｑ１のみがＺ軸に沿つて進み、
Ｑ２，Ｑ３はＺ軸からｙ軸方向（電場方向）へ外
れるようになる。
ついて考察する。今フイルター内の電場Ｅと磁場
Ｂの強度をエネルギーV0のイオンビームを通過
させるように設定し、ｚ軸に沿つて入射するイオ
ンビームＩ１，Ｉ２，Ｉ３が夫々Ｖ＝V0−△Ｖ、
Ｖ＝V0、Ｖ＝V0＋△Ｖのエネルギーを有してい
るものとすると、この軌道は図中、Ｑ２，Ｑ１，
Ｑ３で示す如く、Ｑ１のみがＺ軸に沿つて進み、
Ｑ２，Ｑ３はＺ軸からｙ軸方向（電場方向）へ外
れるようになる。
今、荷電粒子線の電荷と質量を夫々ｅ、ｍとし
エネルギーV0に対応する速度をv0とすると、フ
イルター内の電場Ｅと磁場Ｂは次の(1)式を満足す
るように設定されるが、 Ｅ／Ｂ＝v0 (1) このときｖ≠v0の荷電粒子線の軌道に関して次
の(2)、(3)式が成り立つ。
エネルギーV0に対応する速度をv0とすると、フ
イルター内の電場Ｅと磁場Ｂは次の(1)式を満足す
るように設定されるが、 Ｅ／Ｂ＝v0 (1) このときｖ≠v0の荷電粒子線の軌道に関して次
の(2)、(3)式が成り立つ。
ｙ＝ｆ・Z2／2v2 (2)
ｆ＝ｅ／ｍ・（Ｅ−ｖ・Ｂ） (3)
(2)式からフイルターの出射面（ｚ＝Lf）でのｙ
軸方向の値Ｙは(4)式で表わされる。
軸方向の値Ｙは(4)式で表わされる。
Ｙ＝ｆ・Lf 2／2v2 ……(4)
又、出射面における勾配は(2)式を微分して(5)式
で表わされるから出射面における軌道 （∂y／∂z）v＝（ｆ・Ｚ／v2）Z=Lf＝ｆ・Lf／v2……(
5) の接線（図中破線ｌで示す）は次のように表わさ
れる。
で表わされるから出射面における軌道 （∂y／∂z）v＝（ｆ・Ｚ／v2）Z=Lf＝ｆ・Lf／v2……(
5) の接線（図中破線ｌで示す）は次のように表わさ
れる。
ｙ＝Ｙ−ｆ・Lf／v2（Ｚ−Lf） ……(6)
(6)式に(4)式を代入しｙ＝０とすると接線ｌがｚ
軸と交わる点Ｓのｚ座標は(7)式で表わされ、丁度
フイルターの中心位置と一致する。
軸と交わる点Ｓのｚ座標は(7)式で表わされ、丁度
フイルターの中心位置と一致する。
Ｚ（Ｓ）＝Lf／２ ……(7)
次に(6)式におけるｙのｖによる変化は
(∂y/∂z)z＝ｅ・Lf（2Z−Lf）／2mv3(vB-2E)
となるがｖv0であるから次の(8)式が成り立つ。
（∂y／∂v）z＝ｅ・Lf（2Z−Lf）Ｅ／2mv3 ……(8)
一方、図に示す如くDcを投影面Ｚにおける
（軸上）色収差と定義すれば(8)式を用いて次のよ
うに表わされる。
（軸上）色収差と定義すれば(8)式を用いて次のよ
うに表わされる。
Dc＝２（∂y／∂v）z・△ｖ
＝2E／mv2・Lf（Lf−2Z）・（△ｖ／ｖ）
従つて、Ｚ＝Lf／２とすればDc＝Ｏとなり、
ｖの値に拘わらず点Ｓにスポツト状の虚像が形成
される。
ｖの値に拘わらず点Ｓにスポツト状の虚像が形成
される。
この結果から、ウイーン型フイルター後段に設
けられる第２集束レンズの仮想物点として、ｚ＝
Lf／２の点を見込むようにそのレンズ強度を調整
すれば、フイルターの中央位置Ｓにおいて（軸
上）色収差のないイオンビーム像を見ることにな
る。実際の装置では、フイルターに入射するイオ
ンビームは後述するようにｚ軸に平行ではなくｚ
軸上のある点に集束するように、或いはｚ軸上の
ある点から発散するような状態にあるが、この場
合にも色収差に関する上記解析結果がそのまま適
用できる。
けられる第２集束レンズの仮想物点として、ｚ＝
Lf／２の点を見込むようにそのレンズ強度を調整
すれば、フイルターの中央位置Ｓにおいて（軸
上）色収差のないイオンビーム像を見ることにな
る。実際の装置では、フイルターに入射するイオ
ンビームは後述するようにｚ軸に平行ではなくｚ
軸上のある点に集束するように、或いはｚ軸上の
ある点から発散するような状態にあるが、この場
合にも色収差に関する上記解析結果がそのまま適
用できる。
次にウイーン型フイルターによる幾何収差につ
いて考察する。第３図は第２図と同様にフイルタ
ー近傍における荷電粒子線の軌道を表わしたもの
で、第４図は第２図をｚ軸方向から眺めた略図で
ある。これらの図には左方からコーン状のイオン
ビームが入射面からZiの点がその頂点となるよう
に入射する状態が示されている。但し、フイルタ
ー内のイオンビームの軌道は実際にはコーン状と
はならず図には中心ビームＲ１とコーンの母線に
沿つた二つのビームＲ２，Ｒ３が示されている。
ここでイオンビームの入射条件としては第３図の
如く入射面におけるイオンビーム・コーンの半
径、ｙ座標位置、ｘ座標位置、方位角を夫々ρ0、
x0、y0、ψとし、コーンの半頂角をαとして次の
境界条件が与えられる。
いて考察する。第３図は第２図と同様にフイルタ
ー近傍における荷電粒子線の軌道を表わしたもの
で、第４図は第２図をｚ軸方向から眺めた略図で
ある。これらの図には左方からコーン状のイオン
ビームが入射面からZiの点がその頂点となるよう
に入射する状態が示されている。但し、フイルタ
ー内のイオンビームの軌道は実際にはコーン状と
はならず図には中心ビームＲ１とコーンの母線に
沿つた二つのビームＲ２，Ｒ３が示されている。
ここでイオンビームの入射条件としては第３図の
如く入射面におけるイオンビーム・コーンの半
径、ｙ座標位置、ｘ座標位置、方位角を夫々ρ0、
x0、y0、ψとし、コーンの半頂角をαとして次の
境界条件が与えられる。
y0＝−ρ0・cosψ、x0＝−ρ0・sinψ
Z0＝０、ρ0＝Zi−tanα
y〓0＝V0.sinα・cosψ、
x〓0＝V0・sinα・sinψ
Z〓0＝V0・cosα (9)
一方、フイールド内における荷電粒子線の各座
標方向の運動方程式は次のようになる。
標方向の運動方程式は次のようになる。
mx¨＝ｅ・Ex＋ｅ・Z〓・By
my¨＝ｅ・Ey−ｅ・Z〓・Bx
mz¨＝ｅ・y〓・Bx−ｅ・x〓・By (10)
フイルター内におけるイオンビームがその入出
射端面のビーム方向から推定して恰も図中破線で
示す如く直進すると考えたときに、任意のｚ位置
における投影像Ｐのｘ、ｙ方向の大きは上記(9)、
(10)式から次のように表わされる。
射端面のビーム方向から推定して恰も図中破線で
示す如く直進すると考えたときに、任意のｚ位置
における投影像Ｐのｘ、ｙ方向の大きは上記(9)、
(10)式から次のように表わされる。
ｘ＝（Ｚ−Zi）・α・sinψ
＋（Lf／rc）（Lf／２−Ｚ）・α2・sinψ・cosψ
……（11）
ｙ＝（Ｚ−Zi）・α・cosψ
＋（Lf／rc）（Lf／２−Ｚ）・α2・１／２（１−2co
s2ψ） ……（12） 但し rc＝ｖ／ｗ＝mv／eB （11）、（12）式におけるψが０から2πまで回
転してコーンが形成させるので（11）、（12）式は
前記投影（収差）像の助変数表現であるといえ
る。例えば（11）、（12）式におけるα2の項が無視
できる場合には、次式 x2＋y2＝r2＝（Ｚ−Zi）2・α2 （13） が導かれ半径rG＝（Ｚ−Zi）・αの円形像が形成さ
れることになる。また、Ｚ＝Lf／２、Zi＝Lf／２
とすればｘ、ｙは共にα2の項まで零となり、幾何
収差を零とすることができる。
s2ψ） ……（12） 但し rc＝ｖ／ｗ＝mv／eB （11）、（12）式におけるψが０から2πまで回
転してコーンが形成させるので（11）、（12）式は
前記投影（収差）像の助変数表現であるといえ
る。例えば（11）、（12）式におけるα2の項が無視
できる場合には、次式 x2＋y2＝r2＝（Ｚ−Zi）2・α2 （13） が導かれ半径rG＝（Ｚ−Zi）・αの円形像が形成さ
れることになる。また、Ｚ＝Lf／２、Zi＝Lf／２
とすればｘ、ｙは共にα2の項まで零となり、幾何
収差を零とすることができる。
以上の結果をまとめると、ウイーン型フイルタ
ーから出射されるイオンビームに対して集束を与
える集束レンズに関してはフイルターの中心に物
面が存在するかのように調整すれば少くともフイ
ルターの電磁場に基づく幾何収差の影響が除去さ
れ、フイルターの前段に置かれる集束レンズに対
してはフイルターの中心とイオン源の仮想像面位
置が一致するように調整すれば、フイルターによ
る色収差の影響が除去されることが明らかであ
る。そこで第５図に示す如く、ウイーン型フイル
ターを動作させない状態でウイーン型フイルター
の中心部にイオン源の像を形成し、更にこの像を
試料面上に結像するように２段目の集束レンズを
調整すれば、ウイーン型フイルターを動作させて
もその収差の影響を殆んど受けることなく試料面
上に微小径を有するイオンビームを照射すること
が可能となる。
ーから出射されるイオンビームに対して集束を与
える集束レンズに関してはフイルターの中心に物
面が存在するかのように調整すれば少くともフイ
ルターの電磁場に基づく幾何収差の影響が除去さ
れ、フイルターの前段に置かれる集束レンズに対
してはフイルターの中心とイオン源の仮想像面位
置が一致するように調整すれば、フイルターによ
る色収差の影響が除去されることが明らかであ
る。そこで第５図に示す如く、ウイーン型フイル
ターを動作させない状態でウイーン型フイルター
の中心部にイオン源の像を形成し、更にこの像を
試料面上に結像するように２段目の集束レンズを
調整すれば、ウイーン型フイルターを動作させて
もその収差の影響を殆んど受けることなく試料面
上に微小径を有するイオンビームを照射すること
が可能となる。
以上のように、本発明の方法によれば荷電粒子
線装置における荷電粒子線のエネルギーをより均
一にしかも微小に結像させることが容易となるの
で、荷電粒子線装置の性能向上に大きく寄与す
る。
線装置における荷電粒子線のエネルギーをより均
一にしかも微小に結像させることが容易となるの
で、荷電粒子線装置の性能向上に大きく寄与す
る。
第１図はイオンマイクロアナライザの光学系を
示す略図、第２図乃至第４図はウイーン型フイル
ターにおける収差を説明するための略図、第５図
は本発明方法を説明するための略図である。 １：イオン源、２：イオンビーム、３，４：集
束レンズ、５：試料、６：ウイーン型フイルタ
ー、７ａ，７ｂ：静電偏向板、８ａ：磁極板、
９：絞り板。
示す略図、第２図乃至第４図はウイーン型フイル
ターにおける収差を説明するための略図、第５図
は本発明方法を説明するための略図である。 １：イオン源、２：イオンビーム、３，４：集
束レンズ、５：試料、６：ウイーン型フイルタ
ー、７ａ，７ｂ：静電偏向板、８ａ：磁極板、
９：絞り板。
Claims (1)
- １ 荷電粒子線源から発散する荷電粒子線を、そ
の中間にウイーン型フイルターを有する２段のレ
ンズによつて集束する際に、前記ウイーン型フイ
ルターの中央位置を該フイルターの前段のレンズ
の仮想像面位置及び該フイルターの後段のレンズ
の仮想物面位置と一致させるように前記レンズの
強度を調整することを特徴とする荷電粒子線の集
束方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57186919A JPS5975550A (ja) | 1982-10-25 | 1982-10-25 | 荷電粒子線の集束方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57186919A JPS5975550A (ja) | 1982-10-25 | 1982-10-25 | 荷電粒子線の集束方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5975550A JPS5975550A (ja) | 1984-04-28 |
| JPH0133897B2 true JPH0133897B2 (ja) | 1989-07-17 |
Family
ID=16196988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57186919A Granted JPS5975550A (ja) | 1982-10-25 | 1982-10-25 | 荷電粒子線の集束方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5975550A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL8701871A (nl) * | 1987-08-10 | 1989-03-01 | Philips Nv | Geladen deeltjes apparaat met bundelontmenger. |
| DE69903439T2 (de) * | 1999-11-12 | 2003-07-03 | Advantest Corp | Ablenkeinheit zur Separation zweier Teilchenstrahlen |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5916065B2 (ja) * | 1975-09-02 | 1984-04-13 | ト−ヨ−カネツ （株） | 二重殻低温貯槽屋根エア−浮上施工方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5916065U (ja) * | 1982-07-23 | 1984-01-31 | 株式会社日立製作所 | 質量分析光学系 |
-
1982
- 1982-10-25 JP JP57186919A patent/JPS5975550A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5916065B2 (ja) * | 1975-09-02 | 1984-04-13 | ト−ヨ−カネツ （株） | 二重殻低温貯槽屋根エア−浮上施工方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5975550A (ja) | 1984-04-28 |
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