JPH0345859B2 - - Google Patents

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JPH0345859B2
JPH0345859B2 JP2625483A JP2625483A JPH0345859B2 JP H0345859 B2 JPH0345859 B2 JP H0345859B2 JP 2625483 A JP2625483 A JP 2625483A JP 2625483 A JP2625483 A JP 2625483A JP H0345859 B2 JPH0345859 B2 JP H0345859B2
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JP
Japan
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degrees
coordinate points
magnetic field
angle
coil
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Application number
JP2625483A
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Japanese (ja)
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JPS59154732A (en
Inventor
Taido Uno
Teruo Hosokawa
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH0345859B2 publication Critical patent/JPH0345859B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/147Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、荷電粒子線の走行方向を、偏向コイ
ルに電流を流すことで発生する磁界により、偏向
制御する磁界型偏向器に関するもので、特に偏向
収差を低減させることを図つたもので、例えば半
導体ICのパタン形成時のイオンビーム露光装置、
電子ビーム露光装置等に使用できる。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a magnetic field type deflector that controls the traveling direction of a charged particle beam using a magnetic field generated by passing a current through a deflection coil. It is designed to reduce deflection aberrations, and is used, for example, in ion beam exposure equipment when forming semiconductor IC patterns,
Can be used for electron beam exposure equipment, etc.

〔従来技術〕[Prior art]

一般に、荷電粒子源から放出される荷電粒子線
を偏向器により偏向させると、通常の偏向収差以
外に各種の偏向にかかわるfour−fold収差が生じ
る。本発明は、このうち3次および5次のfour−
fold収差成分を同時に除去する磁界型偏向器に関
するものである。
Generally, when a charged particle beam emitted from a charged particle source is deflected by a deflector, various four-fold aberrations related to deflection occur in addition to normal deflection aberrations. The present invention focuses on the third-order and fifth-order four-
This invention relates to a magnetic field type deflector that simultaneously removes fold aberration components.

通常、磁界型偏向器には、特殊なものを除け
ば、サドル型コイルまたはトロイダル型コイルが
使用される。第1図、第2図にそれぞれの基本形
として、コイルに電流を流すことにより(矢印は
電流の向きを示す)、y軸方向に荷電粒子を偏向
する1対のコイルを例示する(以後これをXコイ
ルと称す)。ここで、1はコイルの中心軸(以後
z軸と称す)であり通常はこれを光学軸に一致さ
せる。また2および3は、それぞれz軸(コイル
の中心軸)に直交する2つの直交座標軸xおよび
y軸である。また、両図に於いて、aは1対のコ
イルの斜視図、bは同コイルの軸方向から見た平
面図であり、は紙面の表から裏への向きをもつ
電流の流れを意味し、○・はその逆である。また破
線はrが一定であることを示す補助線である。以
後の説明に於いては図示する如く、hをコイルの
中心軸方向の長さ、rをコイルの中心軸の一点か
らそれを含む中心軸に直交する面上でコイルに至
る半径方向の距離を表わすものとし、また、開き
半角θとして、Xコイルに於いてはx−z面に対
称な位置関係にある捲線が中心軸に張る最大角の
1/2を示すものと定義する。
Generally, a saddle-type coil or a toroidal-type coil is used in a magnetic field type deflector, except for special ones. Figures 1 and 2 each illustrate a pair of coils that deflect charged particles in the y-axis direction by passing a current through the coils (arrows indicate the direction of the current) (hereinafter referred to as this). (referred to as the X coil). Here, 1 is the central axis of the coil (hereinafter referred to as the z-axis), which is usually made to coincide with the optical axis. Further, 2 and 3 are two orthogonal coordinate axes x and y axes, respectively, which are perpendicular to the z-axis (center axis of the coil). In both figures, a is a perspective view of a pair of coils, b is a plan view of the same coil as seen from the axial direction, and indicates the flow of current from the front to the back of the paper. , ○ is the opposite. Furthermore, the broken line is an auxiliary line indicating that r is constant. In the following explanation, as shown in the figure, h is the length of the coil in the direction of the central axis, and r is the distance in the radial direction from one point on the central axis of the coil to the coil on a plane perpendicular to the central axis including that point. In addition, the opening half angle θ is defined as 1/2 of the maximum angle that the windings, which are symmetrically located in the xz plane, extend around the central axis in the X coil.

概念的に明瞭なfour−fold収差のない偏向器
は、それを構成するコイルの巻数の密度分布がθ
方向に関しsinθに比例するように第1図または第
2図のコイルを重ね巻する(いわゆる余弦巻にす
る)ことにより達成され、この場合はすべての次
数の偏向four−fold収差は生じないことが明らか
にされている〔H.Ohiwa、E.Goto、and A.Ono、
Electron.Commun.in Japan p54−B、No.12、44
(1971)〕。しかし、捲線には有限の太さがあり、
また実際には離散的にコイルを巻くことになるの
で、連続した余弦巻の偏向器を作ることは困難で
ある。
A conceptually clear deflector without four-fold aberration has a density distribution of the number of turns of the coil θ.
This is achieved by overlapping the coils shown in Figures 1 or 2 (so-called cosine winding) so that the direction is proportional to sinθ, and in this case, deflection four-fold aberrations of all orders do not occur. It has been revealed [H.Ohiwa, E.Goto, and A.Ono,
Electron.Commun.in Japan p54-B, No.12, 44
(1971)]. However, the winding has a finite thickness,
Furthermore, since the coils are actually wound discretely, it is difficult to create a deflector with continuous cosine winding.

これに代わる方法として、最も基本的なfour−
fold収差は3次の偏向four−fold収差であるの
で、まず、これのみを除去した偏向器とすること
が考えられる。それには、コイルの軸方向の長さ
及びコイルの半径方向の距離が等しく、かつ、 〓i sinθi=0 ……(1) を満足する開き半角θiのコイルを同一のz軸上に
おいて、同一方向への偏向作用をするように(例
えば総てをXコイルとして)集積することによつ
て3次の偏向four−fold収差のない偏向器となる
ことが知られている。ただし、式(1)では各コイル
に流す電流が等しいと仮定している。ここで、θi
として一つの角度(i=1)に限定すると、(1)式
はθi=60において成立し、このことは、開き角
120°の集中巻コイルにおいては、3次の偏向four
−fold収差は生じないと云われていることと同義
である。
As an alternative, the most basic four−
Since the fold aberration is a third-order deflection four-fold aberration, it is first possible to create a deflector that removes only this aberration. To do this, the length in the axial direction of the coils and the distance in the radial direction of the coils are equal, and the coils with an opening half angle θi that satisfies 〓 i sinθi=0 ...(1) are placed on the same z-axis and moved in the same direction. It is known that a deflector free from third-order deflection four-fold aberration can be obtained by integrating the coils so as to have a deflection effect (for example, as an X coil). However, equation (1) assumes that the current flowing through each coil is equal. Here, θi
If we limit it to one angle (i=1), equation (1) holds true when θi=60, which means that the opening angle
In a 120° concentrated winding coil, the third-order deflection four
This is equivalent to saying that -fold aberration does not occur.

次に、開き半角の異なる2つのコイル(θ1
θ2)を考えると、式(1)は sin3θ1+sin3θ2=0 ……(2) となり、これを満足する2つの開き半角θ1、θ2
組み合わせは無数存在する。これを、第3図の実
線4で示す。ここで、横軸はθ1、縦軸はθ2とし、
0°≦θ1、θ2≦90°の範囲で図示した。即ち、式(2)を
満足する開き半角からなる2対のコイルを適当に
多数選ぶことにより、3次の偏向four−fold収差
のない偏向器を制作する上で、開き半角が分散し
たコイルを捲くとことができる。例えば、θ1とし
て0°<θ1<30°とすればθ2は60°<θ2<90°となり

すべてのコイルの開き半角を異なる値とすること
ができる。このことは、捲線の重なりが避けられ
ると云う意味で高精度な偏向器の制作には重要な
ことである。しかしながら、上記の事柄は、3次
のみの偏向four−fold収差のない偏向コイルに対
する条件であり、大偏向が要求されるような光学
系においては3次のみでは不充分となる。
Next, considering two coils (θ 1 and θ 2 ) with different opening half angles, equation (1) becomes sin3θ 1 + sin3θ 2 = 0 ...(2), and the two opening half angles θ 1 that satisfy this, There are countless combinations of θ 2 . This is shown by solid line 4 in FIG. Here, the horizontal axis is θ 1 and the vertical axis is θ 2 ,
The figures are shown in the range of 0°≦θ 1 and θ 2 ≦90°. In other words, by selecting an appropriately large number of two pairs of coils with half-angle openings that satisfy equation (2), it is possible to create a deflector without third-order deflection four-fold aberration by using coils with dispersed half-angle openings. You can turn it up. For example, if θ 1 is 0° < θ 1 < 30°, θ 2 is 60° < θ 2 < 90°,
The opening half-angle of all the coils can be set to different values. This is important in the production of a highly accurate deflector, since overlapping of the windings can be avoided. However, the above-mentioned matters are conditions for a deflection coil having no four-fold aberration, and only the third order is insufficient in an optical system that requires a large deflection.

そこで、5次の偏向four−fold収差を除去する
式(1)および式(2)に相当する条件式を得ると、それ
ぞれ 〓i sin5θi=0 ……(3) sin5θ1+sin5θ2=0 ……(4) で表わされる(E.Munro、Advances in
Electronics and Electron Physics.Supplement
13B、pp73−131)。この式(4)を満足する2つの開
き半角θ1、θ2の組み合せも無数存在し、これを第
3図の一点鎖線5で示す。従つて5次の偏向four
−fold収差を除去することのみを条件とすれば、
3次の場合と同様、コイルを適当に分散させて捲
けばよいことになる。
Therefore, if we obtain the conditional expressions corresponding to equations (1) and (2) for removing the fifth-order deflection four-fold aberration, we obtain the following, respectively: 〓 i sin5θi=0 ……(3) sin5θ 1 + sin5θ 2 =0 …… (4) (E. Munro, Advances in
Electronics and Electron Physics.Supplement
13B, pp73−131). There are countless combinations of the two half-opening angles θ 1 and θ 2 that satisfy this equation (4), and these are shown by the dashed-dotted line 5 in FIG. Therefore, the fifth-order deflection four
If the only condition is to remove the −fold aberration, then
As with the tertiary case, all you have to do is distribute the coils appropriately and wind them.

しかし、3次及び5次両方の偏向four−fold収
差を共に生ぜしめない条件は、式(2)及び(4)を同時
に満たすことであり、それは直ちに(θ1、θ2)=
(6°、66°)及び(θ1、θ2)=(42°、78°)のみ
である
ことが分る(ここでθ1<θ2とした)。これらは、
第3図ではそれぞれ実線4と一点鎖線5との交点
A及びBに対応している。しかしながら、3次及
び5次の偏向four−fold収差を共に生ぜしめない
条件は、上記A、Bの2点のみであるため、具体
的な偏向方向一定の偏向器を得る場合には、条件
を満たす開き角が固定されコイルがそれら角度位
置に集中せざるを得ず、現実的ではない。
However, the condition that does not cause both third- and fifth-order deflection four-fold aberrations is to simultaneously satisfy equations (2) and (4), which immediately leads to (θ 1 , θ 2 )=
It can be seen that only (6°, 66°) and (θ 1 , θ 2 )=(42°, 78°) (here, θ 12 ). these are,
In FIG. 3, they correspond to the intersections A and B of the solid line 4 and the dashed-dotted line 5, respectively. However, since there are only two conditions, A and B, that do not cause both third- and fifth-order deflection four-fold aberrations, if you want to obtain a specific deflector with a constant deflection direction, the conditions must be met. The opening angles to be satisfied are fixed and the coils have to be concentrated at those angular positions, which is not realistic.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、従来技術での上記した不都合
を除去し、コイルの開き角が集中することなく、
しかも3次及び5次の偏向four−fold収差を同時
に除去できる磁界型偏向器を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of the prior art, and to prevent the opening angle of the coil from concentrating.
Moreover, it is an object of the present invention to provide a magnetic field type deflector that can simultaneously eliminate third-order and fifth-order deflection four-fold aberrations.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の概要は、上記目的を達成するために、
偏向コイルの配置位置を、荷電粒子線の光学軸を
z軸、このz軸からコイル座標点に到る半径方向
の距離をr、z軸を中心とする回転角度をθとす
る円筒座標系(z、r、θ)を用いて、r、zを
一定とし、角θが、Δθを任意の角としたとき、
42±Δθ度、78±Δθ度、102±Δθ度、138±Δθ度
で定まる8点の第1群の座標点と、r、zは上記
r、z値と同じで角θが222±Δθ度、258±Δθ
度、282±Δθ度、318±Δθ度で定まる8点の第2
群の座標点との16点の座標点位置とするか、また
はr、zを一定とし、角θが、Δθを6度以下の
角としたとき、6±Δθ度、66±Δθ度、114±Δθ
度、174±Δθ度で定まる8点の第1群の座標点
と、186±Δθ度、246±Δθ度、294±Δθ度、354±
Δθ度で定まる8点の第2群の座標点との16点の
座標点位置とし、かつ、上記第1群の8点の座標
点に存する電流は全てδi→に等しい電流要素ベクト
ルを有し、上記第2群の8点の座標点に存する電
流は全て−δi→に等しい電流要素ベクトルを有し、
さらに、上記16点の座標点は、電流の流れるコイ
ル導線の太さに対応する程度の許差を許容する構
成の磁界型偏向器とするにある。
The summary of the present invention is to achieve the above objects.
The deflection coil is arranged in a cylindrical coordinate system (the optical axis of the charged particle beam is the z-axis, the radial distance from the z-axis to the coil coordinate point is r, and the rotation angle around the z-axis is θ). z, r, θ), r, z are constant, angle θ is an arbitrary angle, Δθ is an arbitrary angle,
The coordinate points of the first group of 8 points are determined by 42±Δθ degrees, 78±Δθ degrees, 102±Δθ degrees, and 138±Δθ degrees, and r and z are the same as the above r and z values, and the angle θ is 222±Δθ degrees. degree, 258±Δθ
The second of eight points determined by degrees, 282±Δθ degrees, and 318±Δθ degrees
When the coordinate points of the group are 16 coordinate points, or r and z are constant, and the angle θ is Δθ less than 6 degrees, 6 ± Δθ degrees, 66 ± Δθ degrees, 114 ±Δθ
The coordinate points of the first group of eight points determined by 174±Δθ degrees, 186±Δθ degrees, 246±Δθ degrees, 294±Δθ degrees, and 354±
16 coordinate points are located between the coordinate points of the second group of eight points determined by Δθ degrees, and the currents existing at the eight coordinate points of the first group all have current element vectors equal to δi →. , the currents existing at the eight coordinate points of the second group all have current element vectors equal to -δi→,
Furthermore, the above-mentioned 16 coordinate points are configured to allow a tolerance corresponding to the thickness of the coil conducting wire through which the current flows, in a magnetic field type deflector.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

いま、第3図において、破線で示すように、対
辺がそれぞれθ1軸及びθ2軸に平行で各コーナが実
線4と一点鎖線5の上にある四辺形PQRSを想定
する。P点における2対の開き半角をθa、θb(θ1
=θa、θ2=θbとし、R点における2対の開き半角
をθc、θd(θ1=θc、θ2=θd)とする。すると(θ
a
θb)の組み合せからなるP点と(θc、θd)の組み
合せからなるR点は実線4上にあるため3次の偏
向four−fold収差がないことは明らかであるが、
しかし、これら4つの開き半角θa、θb、θc、θd
もつコイルから2対の組み合せとして、(θa、θd
及び(θc、θb)を選べば、それは、それぞれ一点
鎖線5の上にあるQ点及びS点となつており、従
つて5次の偏向four−fold収差も消える組み合せ
である。即ち、第3図において上述のようの四辺
形を描くとことができるなら、そのコーナによつ
て定まる開き半角からなる4対のコイルは3次及
び5次の偏向four−fold収差を共に生ぜしめない
偏向器となつている。このことは、次に述べるこ
とと同義である。即ち、式(2)及び式(4)が成立する
ことを前提すると、任意のΔθについて sin3(θ1+Δθ)+sin3(θ1−Δθ)+sin3(θ2
+Δθ)+sin3(θ2−Δθ)=0……(5) sin5(θ1+Δθ)+sin5(θ1−Δθ)+sin5(θ2
+Δθ)+sin5(θ2−Δθ)=0……(6) が成立することは、三角関数の公式より明らかで
ある。また、この式(5)、式(6)は、それぞれi=4
なるときの式(1)および式(3)を共に満足する一つの
解であることも明らかで、3次および5次の偏向
four−fold収差を生じない偏向器が得られること
を示している。そして、ここで云う4つの開き半
角とは、式(2)および式(4)が成立することを前提と
したことから 6±Δθ度、66±Δθ度 ……(7) または 42±Δθ度、78±Δθ度 ……(8) である。従つて、これらの式(7)又は式(8)により、
一つのΔθに対して4対のコイルからなる偏向器
を得ることができ、また、異なるΔθの値により
別の4対のコイルからなる偏向器を得ることがで
きる。そして、これらは全て目的とする3次及び
5次の偏向four−fold収差が生じない偏向器とな
つている。なお、式(7)または式(8)によつて定まる
開き半角θはΔθの選び方によりθ>90°となるこ
ともあるが、その場合には180°−θを開き半角θ
として採用することにより3次及び5次のfour−
fold収差のない4対の偏向セツトとなることは明
らかである。特に開き半角が負、または90°以上
になることを避ける条件を付し、式(7)においては
0°<Δθ<6°、式(8)においては0°<Δθ<12°なる

囲とすることにより、各セツトに含まれるコイル
の全ての開き半角は互いに異なつたものとするこ
とができる。例えば、Δθとして、1°、2°、3°とす
ると、各コイルの開き半角は、式(8)の場合それぞ
れ(41°、43°、77°、79°)、(40°、44°、76°、
80°)、
(39°、45°、75°、81°)となり、開き半角が同一の
値を有すことはない。第4図にΔθ=3°により4
対のコイルからなる偏向器の軸方向から見た平面
図を示す。
Now, assume a quadrilateral PQRS whose opposite sides are parallel to the θ 1 axis and θ 2 axis and whose corners are on the solid line 4 and the dashed-dotted line 5, as shown by the broken lines in FIG. 3. The two pairs of opening half angles at point P are θ a , θ b1
= θ a , θ 2 = θ b , and the two pairs of opening half angles at point R are θ c and θ d1c , θ 2d ). Then (θ
a ,
Since point P consisting of the combination of θ b ) and point R consisting of the combination of (θ c , θ d ) are on the solid line 4, it is clear that there is no third-order deflection four-fold aberration.
However, as a combination of two pairs of coils with these four opening half angles θ a , θ b , θ c , θ d , (θ a , θ d )
If and (θ c , θ b ) are selected, they become point Q and point S, respectively, which are on the dashed-dotted line 5, and are therefore a combination in which the fifth-order deflection four-fold aberration also disappears. In other words, if we can draw a quadrilateral as described above in Fig. 3, the four pairs of coils with half-angle openings determined by the corners will produce both third- and fifth-order deflection four-fold aberrations. There is no deflector. This is synonymous with what will be described next. That is, assuming that equations (2) and (4) hold, sin3 (θ 1 + Δθ) + sin3 (θ 1 − Δθ) + sin3 (θ 2
+Δθ)+sin3(θ 2 −Δθ)=0……(5) sin5(θ 1 +Δθ)+sin5(θ 1 −Δθ)+sin5(θ 2
+Δθ)+sin5( θ2 −Δθ)=0...(6) It is clear from the trigonometric formula. In addition, these equations (5) and (6) each have i=4
It is also clear that this is one solution that satisfies both equations (1) and (3) when
This shows that a deflector that does not produce four-fold aberration can be obtained. The four opening half angles mentioned here are 6±Δθ degrees, 66±Δθ degrees...(7) or 42±Δθ degrees, based on the premise that equations (2) and (4) hold true. , 78±Δθ degrees...(8). Therefore, by these equations (7) or (8),
A deflector consisting of four pairs of coils can be obtained for one Δθ, and another deflector consisting of four pairs of coils can be obtained depending on a different value of Δθ. All of these are deflectors that do not produce the desired third- and fifth-order deflection four-fold aberrations. Note that the opening half angle θ determined by equation (7) or equation (8) may be θ > 90° depending on how Δθ is selected, but in that case, the opening half angle θ is 180°−θ.
By adopting as
It is clear that the result is a four-pair deflection set with no fold aberration. In particular, with the condition that the opening half-angle is not negative or 90° or more, in equation (7),
By setting the range to be 0°<Δθ<6°, and 0°<Δθ<12° in equation (8), all the opening half angles of the coils included in each set can be made different from each other. For example, if Δθ is 1°, 2°, and 3°, the opening half angle of each coil is (41°, 43°, 77°, 79°), (40°, 44°), respectively in equation (8). , 76°,
80°),
(39°, 45°, 75°, 81°), and the opening half angles do not have the same value. Figure 4 shows 4 due to Δθ=3°.
A plan view of a deflector consisting of a pair of coils as seen from the axial direction is shown.

また、上記の条件を満たす4対のコイルから成
る偏向器相互間には軸方向のコイルの長さh(お
よびコイル半径r)についての制約事項はないと
云うことも重要である。すなわち、コイル半径r
を一定にして偏向器を製作することは多々ある
が、このとき、各偏向器のコイルの長さhを異に
することによつて、サドル型偏向器の場合でもそ
の円弧部を重ならないようにすることが出来る
(正確には、サドル型コイルの場合には、1偏向
器に含まれる4対のコイルに関してのみその円弧
部が重なり合うが、プリントコイルなどを用いる
ことにより製作上の問題を取り除くことができ
る)。
It is also important to note that there are no restrictions on the axial coil length h (and coil radius r) between the deflectors made up of four pairs of coils that satisfy the above conditions. That is, the coil radius r
There are many cases in which deflectors are manufactured with a constant value, but in this case, by varying the length h of the coil of each deflector, even in the case of a saddle-type deflector, it is possible to prevent the arcuate parts from overlapping. (To be exact, in the case of saddle-type coils, the arc parts overlap only for the four pairs of coils included in one deflector, but manufacturing problems can be eliminated by using printed coils etc.) be able to).

次ぎに、以上述べた来た事項はサドル型又はト
ロイダル型の如き偏向器に限ることなく、偏向器
であれば一般の偏向器の場合に於いても成立する
ことに言及しておく。以下の説明では座標系とし
て円筒座標系(r、θ、z)を用いることとし、
zは円筒面の軸、rは半径方向、θは回転方向を
示すものとする。そしてr、θ、z各軸方向の単
位ベクトルを〓、〓、〓とする。また円筒座標の
一座標点を通る電流の流れを仮定し、その座標点
での電流の各方向成分をδir、δi〓、δizとしたとき δi→=〓・δir+〓・δi〓+〓・δiz ……(9) をその座標点を流れる電流要素ベクトルと呼ぶこ
とにする。
Next, it should be mentioned that the above-mentioned matters are not limited to deflectors such as saddle type or toroidal type, but also apply to general deflectors. In the following explanation, a cylindrical coordinate system (r, θ, z) will be used as the coordinate system,
It is assumed that z indicates the axis of the cylindrical surface, r indicates the radial direction, and θ indicates the rotation direction. Let the unit vectors in the r, θ, and z axes directions be 〓, 〓, and 〓. Also, assuming that a current flows through one coordinate point in the cylindrical coordinates, and let the components in each direction of the current at that coordinate point be δi r , δi〓, δi z, then δi→=〓・δi r +〓・δi〓 +〓・δi z ...(9) will be called the current element vector flowing through that coordinate point.

すると、偏向器とは、r、z値が等しく、θが
180°異なる2点(r0、θ0、z0)と(r0、θ0+180、
z0)とでの電流要素ベクトルがそれぞれδi→及び−
δi→なる1対の電流から構成されるものであると定
義することができるが、第5図には説明の簡便の
ため、2対の電流要素ベクトルからなる偏向器の
一例を示した。即ち、U(r0、θ1、z0)、U′(r0、θ
1
+180、z0)、V(r、0−θ1、z0)、V′(r0、−θ1

180、z0)なる4点に於いて、点U、点V′にはδi→、
点U′点Vには−δi→なる電流が流れているものと
する。このように4座標点を定める角度θ(ここ
ではθ1)は第1図での定義に於ける開き半角と意
味としては同じである。ここで、矢印は電流の向
きを示し、また破線は円筒座標系であることを示
すための補助線である。図中6で示す実線は回転
角θの基準として書き加えたものである。第5図
aは斜視図であり、同図bはz軸方向からみたz
=z0での平面図である。ここで及び○・は第1図
での定義と同じであるが、この場合紙面に垂直で
あることは意味していない。この第5図出で示す
如き2対の電流要素から成る偏向器をθのみを変
化させて(θ=θ1、θ2、……)多数重畳したとき
に、これら各電流要素が作る総合のポテンシヤル
(ここでは磁位)δφは δφ= 〓 〓i (δφ1sinθi+δφ3sin3θi+δφ5sin5θi+……)
……(10) となる。ここでδφn(m=1、3、5……)はr、
θ、zの関数で、δφ1は回転不変な偏向成分であ
り、δφ3、δφ5……はそれぞれ3次、5次……の
偏向にかかわるfour−fold収差を生ぜしめる成分
である。この式(10)より得られる3次及び5次の偏
向にかかわるfour−fold収差のない偏向器の条件
式は、それぞれ式(1)及び(3)と同形となつている。
Then, the deflector has equal r and z values and θ is
Two points different by 180° (r 0 , θ 0 , z 0 ) and (r 0 , θ 0 +180,
z 0 ) and the current element vectors are δi→ and −
Although it can be defined as consisting of a pair of currents δi→, for the sake of simplicity, FIG. 5 shows an example of a deflector consisting of two pairs of current element vectors. That is, U(r 0 , θ 1 , z 0 ), U′(r 0 , θ
1
+180, z 0 ), V(r, 0 −θ 1 , z 0 ), V′(r 0 , −θ 1

180, z 0 ), point U and point V′ have δi→,
It is assumed that a current of −δi→ flows through point U′ and point V. The angle θ (here, θ 1 ) that defines the four coordinate points in this way has the same meaning as the opening half angle defined in FIG. Here, the arrow indicates the direction of the current, and the broken line is an auxiliary line to indicate the cylindrical coordinate system. The solid line indicated by 6 in the figure is added as a reference for the rotation angle θ. Figure 5a is a perspective view, and Figure 5b is a perspective view of z as viewed from the z-axis direction.
It is a plan view at =z 0 . Here, and ○ are the same as the definitions in FIG. 1, but in this case they do not mean perpendicular to the plane of the paper. When a large number of deflectors consisting of two pairs of current elements as shown in Fig. 5 are superimposed by changing only θ (θ = θ 1 , θ 2 , etc.), the total amount produced by each of these current elements is The potential (magnetic potential here) δφ is δφ= 〓 〓 i (δφ 1 sinθ i +δφ 3 sin3θ i +δφ 5 sin5θ i +……)
...(10) becomes. Here, δφ n (m=1, 3, 5...) is r,
As a function of θ and z, δφ 1 is a rotationally invariant deflection component, and δφ 3 , δφ 5 , . . . are components that cause four-fold aberrations related to third-order, fifth-order, . The conditional expressions for a deflector free of four-fold aberrations related to third-order and fifth-order deflections obtained from equation (10) are the same as equations (1) and (3), respectively.

従つて以上を要約すると、3次及び5次の偏向
にかかわるfour−fold収差が共に消えており、か
つ同一のベクトルを持つ電流が同一の座標点を占
めることなく偏向器が得られる条件は、基本的に
は、z軸を円筒面の軸とし、rは半径方向、θは
回転方向を示す円筒座標系に於いて、r、zを一
定とし、角θが、Δθを任意な角としたとき、 42±Δθ度、78±Δθ度、102±
Δθ度、138±Δθ度……(11) で定まる8点の座標点に存する電流の電流要素ベ
クトルが全て等しく、この電流要素ベクトルをδi→
としたとき、r、zは上記r、z値と同じで、か
つ角θが 222±Δθ度、258±Δθ度、282±
Δθ度、318±Δθ度……(12) で定まる8点の座標点の電流は全て−δi→に等しい
電流要素ベクトルを有すること、または、r、z
を一定とし、角θが 6±Δθ度、66±Δθ度、114±
Δθ度、174±Δθ度……(13) で定まる8点の座標点に存する電流の電流要素ベ
クトルが全て等しく、この電流要素ベクトルをδi→
としたとき、r、zは上記r、z値と同じで、か
つ角θが 186±Δθ度、246±Δθ度、
294±Δθ度、354±Δθ度……(14) で定まる8点の座標点での電流はすべて−δi→に等
しい電流要素ベクトルを有することであると言え
る。また、このことはサドル型偏向器の円弧部に
も適用できることは明らかであるが、回転角θの
基準としては、第5図bの実線6から90゜回転し
た実線7で示す位置を基準とすることによつて、
その意味を明確にすることができる。このように
回転角θの基準は任意に採ることができるので式
(11)〜式(14)に於けるθをθ+α(αは任意な
角)とした方がより一般性がある。なお、これま
で説明してきた16の座標点を連続的に変化させる
等をすることにより、具体的な偏向器となるが、
サドル型の円弧部などは場合により捲線の重なり
が生ずることがある。この場合実際に偏向器を構
成するためには、電流の流れる導線の太さ又はそ
の数倍程度の座標値のずれを認めることは当然で
ある。
Therefore, to summarize the above, the conditions for obtaining a deflector in which the four-fold aberrations related to third- and fifth-order deflections both disappear and currents with the same vector do not occupy the same coordinate points are as follows. Basically, in a cylindrical coordinate system where the z-axis is the axis of the cylindrical surface, r is the radial direction, and θ is the rotational direction, r and z are constant, and the angle θ and Δθ are arbitrary angles. When, 42±Δθ degrees, 78±Δθ degrees, 102±
Δθ degrees, 138±Δθ degrees...(11) The current element vectors of the currents at the eight coordinate points determined by are all equal, and this current element vector is expressed as δi→
When, r and z are the same as the above r and z values, and the angle θ is 222±Δθ degrees, 258±Δθ degrees, 282±
Δθ degrees, 318 ± Δθ degrees...(12) The currents at the eight coordinate points determined by all have current element vectors equal to -δi→, or r, z
is constant, and the angle θ is 6±Δθ degrees, 66±Δθ degrees, 114±
Δθ degrees, 174±Δθ degrees... (13) The current element vectors of the currents existing at the eight coordinate points determined by are all equal, and this current element vector is expressed as δi→
When, r and z are the same as the above r and z values, and the angle θ is 186±Δθ degrees, 246±Δθ degrees,
It can be said that the currents at the eight coordinate points determined by 294±Δθ degrees, 354±Δθ degrees (14) all have current element vectors equal to −δi→. It is clear that this can also be applied to the arcuate portion of a saddle-type deflector, but the reference for the rotation angle θ is the position indicated by the solid line 7 rotated by 90 degrees from the solid line 6 in Fig. 5b. By doing,
The meaning can be clarified. As described above, since the reference for the rotation angle θ can be arbitrarily adopted, it is more general to set θ in equations (11) to (14) to θ+α (α is an arbitrary angle). In addition, by continuously changing the 16 coordinate points that have been explained so far, a concrete deflector can be created.
In some cases, such as a saddle-shaped arc portion, overlapping windings may occur. In this case, in order to actually construct a deflector, it is a matter of course that a deviation in coordinate values of the thickness of the conductor through which the current flows or several times the thickness of the conductive wire is allowed.

また、このように通常偏向器は捲線の中を流れ
る連続した電流により偏向作用を示すが、このと
き上述したことがらは、異なつたr、zでは角度
θ以外は、電流要素ベクトルを含めて何も規定し
ていないことから、zまたはr値も任意に変化し
ても良く、従つてコイルの形状が第6図に示すよ
うなコーン状(ここでは一例として1対のコイル
のみを示す)をしていても良いことは云うまでも
ない。
In addition, a normal deflector exhibits a deflection effect due to a continuous current flowing through the winding, but in this case, the above-mentioned changes cannot be made except for the angle θ at different r and z. Since the z or r value is not specified, the z or r value may also be changed arbitrarily, and therefore the shape of the coil may be a cone shape as shown in Fig. 6 (here, only one pair of coils is shown as an example). Needless to say, it's fine to do so.

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は、一般の荷電粒
子光学系に於いて、3次および5次両者の偏向に
かかわるfour−fold収差のない磁界型偏向器を離
散的な開き角をもつコイルの集積で作り得るもの
であるから、捲線が多数重なり合うことなく高精
度な偏向器を製作することができ、これを、特に
大偏向を要する光学系の偏向器に適用することに
より、低収差の偏向性能を有する光学系を提供で
きる利点がある。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention provides a magnetic field type deflector that is free from four-fold aberrations related to both third- and fifth-order deflection in a general charged particle optical system by using a discrete aperture. Since it can be made by accumulating coils with corners, it is possible to manufacture highly accurate deflectors without overlapping many windings, and by applying this to optical system deflectors that require particularly large deflections. This has the advantage of providing an optical system having deflection performance with low aberrations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のサドル型コイルの説明図でaは
斜視図、bは平面図、第2図は従来のトロイダル
型コイルの説明図でaは斜視図、bは平面図、第
3図は本発明における3次及び5次のfour−fold
収差を除去する条件を示す図、第4図は本発明の
一実施例を示し4対のコイルからなるサドル型偏
向コイルを軸方向から見た図、第5図は本発明に
よる2対の電流要素ベクトルから構成される偏向
コイルを示しaは斜視図、bは平面図、第6図は
本発明の他の実施例を示し、コイルの中心軸から
コイルまでの距離rがz軸と共に変化する一対の
コイルの斜視図である。 符号の説明、1……コイルの中心軸(z軸)、
2……x軸、3……y軸、4……3次の偏向four
−fold収差を除去する条件、5……5次の偏向
four−fold収差を除去する条件、6,7……基準
線。
Fig. 1 is an explanatory diagram of a conventional saddle type coil, where a is a perspective view, b is a plan view, Fig. 2 is an explanatory diagram of a conventional toroidal coil, a is a perspective view, b is a plan view, and Fig. 3 is an explanatory diagram of a conventional toroidal coil. Third-order and fifth-order four-fold in the present invention
Figure 4 shows the conditions for removing aberrations. Figure 4 shows an embodiment of the present invention, as seen from the axial direction of a saddle-type deflection coil consisting of four pairs of coils. Figure 5 shows the conditions for eliminating two pairs of currents according to the present invention. 6 shows a deflection coil composed of element vectors, a is a perspective view, b is a plan view, and FIG. 6 is another embodiment of the present invention, in which the distance r from the central axis of the coil to the coil changes with the z-axis. FIG. 3 is a perspective view of a pair of coils. Explanation of symbols, 1... Central axis of the coil (z-axis),
2...x axis, 3...y axis, 4...3rd order deflection four
-Conditions for removing fold aberration, 5...5th order deflection
Conditions for removing four-fold aberration, 6, 7...Reference line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 荷電粒子線の走行方向を、偏向コイルに電流
を流すことで発生する磁界により偏向制御する磁
界型偏向器において、偏向コイルの配置位置を、
荷電粒子線の光学軸をz軸、このz軸からコイル
座標点に到る半径方向の距離をr、z軸を中心と
する回転角度をθとする円筒座標系(z、r、
θ)を用いてr、zを一定とし、角θがΔθを任
意の角としたとき、42±Δθ度、78±Δθ度、102
±Δθ度、138±Δθ度で定まる8点の第1群の座
標点と、r、zは上記r、z値と同じで角θが
222±Δθ度、258±Δθ度、282±Δθ度、318±Δθ
度で定まる8点の第2群の座標点との16点の座標
点位置とするか、またはr、zを一定とし、角θ
が、Δθを任意の角としたとき、6±Δθ度、66±
Δθ度、114±Δθ度、174±Δθ度で定まる8点の第
1群の座標点と、186±Δθ度、246±Δθ度、294
±Δθ度、354±Δθ度で定まる8点の第2群の座
標点との16点の座標点位置とし、かつ、上記第1
群の8点の座標点に存する電流は全てδi→に等しい
電流要素ベクトルを有し、上記第2群の8点の座
標点に存する電流は全て−δi→に等しい電流要素ベ
クトルを有し、さらに、上記16点の座標点は、電
流の流れるコイル導線の太さに対応する程度の誤
差を許容することを特徴とする磁界型偏向器。 2 特許請求の範囲第1項記載の磁界型偏向器に
おいて、前記電流要素ベクトルが、前記r、z、
θ値の一つ又は複数の連続的な変化に伴つて変化
する電流要素ベクトルであるかあるいは一定ベク
トル値を保持する電流要素ベクトルであることを
特徴とする磁界型偏向器。 3 特許請求の範囲第1項記載の磁界型偏向器に
おいて、前記16点の座標点と一つのΔθとで決ま
る1組の偏向コイルと、16点の座標点は同じで上
記Δθとは異なるΔθで決まる少なくとも1組以上
の別の偏向コイルとを備えたことを特徴とする磁
界型偏向器。 4 特許請求の範囲第1項記載の磁界型偏向器に
おいて、前記偏向コイルが、サドル型またはトロ
イダル型の形状を有する偏向コイルであることを
特徴とする磁界型偏向器。
[Claims] 1. In a magnetic field type deflector that deflects and controls the running direction of a charged particle beam using a magnetic field generated by passing a current through a deflection coil, the arrangement position of the deflection coil is
A cylindrical coordinate system (z, r,
θ), and when r and z are constant and the angle θ and Δθ are arbitrary angles, 42 ± Δθ degrees, 78 ± Δθ degrees, 102
The coordinate points of the first group of 8 points determined by ±Δθ degrees and 138 ±Δθ degrees, and r and z are the same as the above r and z values, and the angle θ is
222±Δθ degrees, 258±Δθ degrees, 282±Δθ degrees, 318±Δθ
16 coordinate points with the second group of 8 coordinate points determined by degrees, or r and z are constant and the angle θ
However, when Δθ is an arbitrary angle, 6±Δθ degrees, 66±
The coordinate points of the first group of 8 points determined by Δθ degrees, 114 ± Δθ degrees, 174 ± Δθ degrees, and 186 ± Δθ degrees, 246 ± Δθ degrees, 294
±Δθ degrees, 354±Δθ degrees with the coordinate points of the second group of 8 points, and the coordinate points of 16 points, and the above-mentioned first
The currents existing at the eight coordinate points of the group all have current element vectors equal to δi→, and the currents existing at the eight coordinate points of the second group all have current element vectors equal to −δi→, Furthermore, the magnetic field type deflector is characterized in that the 16 coordinate points allow an error corresponding to the thickness of the coil conducting wire through which the current flows. 2. In the magnetic field type deflector according to claim 1, the current element vector has the r, z,
A magnetic field type deflector characterized by having a current element vector that changes with one or more continuous changes in θ value or a current element vector that maintains a constant vector value. 3. In the magnetic field type deflector according to claim 1, a set of deflection coils is determined by the 16 coordinate points and one Δθ, and the 16 coordinate points are the same and have a Δθ different from the Δθ. 1. A magnetic field type deflector comprising at least one set of other deflection coils determined by: 4. The magnetic field type deflector according to claim 1, wherein the deflection coil is a deflection coil having a saddle shape or a toroidal shape.
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WO2018042505A1 (en) * 2016-08-30 2018-03-08 株式会社 日立ハイテクノロジーズ Electromagnetic deflector, and charged particle ray device
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