JPH05128985A - マイクロビーム発生装置 - Google Patents

マイクロビーム発生装置

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JPH05128985A
JPH05128985A JP3317505A JP31750591A JPH05128985A JP H05128985 A JPH05128985 A JP H05128985A JP 3317505 A JP3317505 A JP 3317505A JP 31750591 A JP31750591 A JP 31750591A JP H05128985 A JPH05128985 A JP H05128985A
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JP
Japan
Prior art keywords
electrode
ion
opening electrode
entrance
microbeam
Prior art date
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Pending
Application number
JP3317505A
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English (en)
Inventor
Akira Isoya
彰 磯矢
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Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】ビーム径の縮小率を小さくでき、かつ、レンズ
系の色収差を引き起こさず、径0.1μm程度のマイク
ロビームを発生することのできるマイクロビーム発生装
置を提供する。 【構成】イオン源1と、物点を構成するスリット2と、
入口開口電極3aおよび出口開口電極3bをもつ加速管
3と、入口開口電極5a、中央開口電極5bおよび出口
開口電極5cをもつアインツエルレンズ5とをイオンビ
ームの軸線上に順次配置し、第1の電源6によりイオン
源、スリット2間に電圧を印加し、第2の電源7により
加速管の入口、出口開口電極間に電圧を印加し、アイン
ツエルレンズの中央開口電極とイオン源とを同電位に
し、加速管を通過したイオンビームを見掛け上、加速管
の入口又はその少し手前の虚像点からの発散ビームとし
アインツエルレンズによって結像してマイクロビームの
スポット8を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はイオンや電子等の荷電
粒子のマイクロビームを発生させるマイクロビーム発生
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のマイクロビーム発生装置は図3に
示されており、同図において、加速管11を出たイオン
ビームは集束レンズ15によってスリット12に集束さ
れ、これを通過した後、多段の四重極電磁石で出来た集
束レンズ13によって集束され、マイクロビームスポッ
ト14を形成するようになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロビーム
発生装置は、多段の四重極電磁石で出来た集束レンズ1
3でイオンビームを集束して、ビーム径を縮小してい
る。しかしながら、その縮小率Mを小さくするにつれ
て、集束レンズ13の球面収差によるビーム像のボケが
急速に増大するようになる。そのため、縮小率Mを余り
小さくすることができない問題があった。また、従来の
マイクロビーム発生装置は、加速管11に印加される電
圧と、集束レンズ13の四重極電磁石に流される励起電
流が別個の電源によって供給されているので、イオンビ
ームのエネルギーのゆらぎがレンズ系の色収差を引き起
こすようになる問題があった。このような問題があるこ
とから、従来のマイクロビーム発生装置の実現可能なマ
イクロビームの径はほぼ1μmが限界であった。
【0004】この発明の目的は、上記の問題を解決し
て、ビーム径の縮小率を小さくでき、かつ、レンズ系の
色収差を引き起こさず、径0.1μm程度のマイクロビ
ームを発生することのできるマイクロビーム発生装置を
提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のマイクロビーム発生装置は、イオン源
と、物点を構成するスリット(以下、物点スリットとい
う)と、入口開口電極および出口開口電極をもつ加速管
と、入口開口電極、中央開口電極および出口開口電極を
もつアインツエルレンズとをイオンビームの軸線上に所
定の間隔で順次配置すると共に、第1の電源によってイ
オン源と物点スリットとの間に所定の電圧を印加し、更
に、第2の電源によって加速管の入口開口電極と出口開
口電極との間に所定の電圧を印加し、更にその上、アイ
ンツエルレンズの中央開口電極とイオン源とを電気的に
接続して同電位にし、加速管を通過したイオンビームが
見掛け上、加速管の入口もしくはその少し手前(イオン
源側)の虚像点からの発散ビームとなり、その発散ビー
ムがアインツエルレンズによって結像されてマイクロビ
ームのスポットを形成することを特徴とするものであ
る。
【0006】
【作用】この発明において、イオン源より引き出された
イオンビームは、第1の電源によってイオン源と物点ス
リットとの間に印加された所定の電圧V1 により加速さ
れた後、物点スリットを通過し、半頂角αの発散ビーム
として加速管の入口開口電極に入射し、第2の電源によ
って加速管の入口開口電極と出口開口電極との間に印加
された所定の電圧V2 によりこの部分に形成された開口
レンズの作用によって、スリットの物点Aに対応した見
掛け上の像Bを入口開口電極の直後に作る。しかし、こ
の像Bは加速管の加速電場によるイオン軌跡の湾曲効果
がないと仮定して、入口開口電極のレンズ作用だけを考
慮した場合に想定されるものである。したがって、実際
には加速管に入射するイオンビームは加速管の加速電場
によって引きずられ、Bより後方(図1では右方)にず
れた点にクロスオーバーを作るようになる。そして、加
速管を通過したイオンビームは半頂角βの発散ビームと
なるが、そのイオン軌道を直線的にイオン源側に延長す
ると、イオンビームの軸線上のC点に反転した虚像Cが
形成されるようになる。像Bと虚像Cとは大きさがほと
んど同じで、像の位置が平行に移動しているだけである
から、加速管のレンズ作用による縮小倍率Mは加速管の
入口開口電極のレンズ作用の強さだけで決まるようにな
る。加速管を出た発散ビームはアインツエルレンズによ
って虚像Cに対応する像Dを結像するようになる。その
場合、アインツエルレンズの中央開口電極とイオン源と
を電気的に接続して同電位にしているので、仮に、加速
管に印加される電圧が変動したとしても、レンズ系に色
収差を引き起こすことはない。
【0007】
【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。この発明の実施例のマイクロビーム
発生装置は図1に示されている。この図において、イオ
ン源1と、物点スリット2と、入口開口電極3aおよび
出口開口電極3bをもつ加速管3と、加速管3を出たイ
オンビームを絞る絞り4と、入口開口電極5a、中央開
口電極5bおよび出口開口電極5cをもつアインツエル
レンズ5とがイオンビームの軸線上に所定の間隔で順次
配置されている。イオン源1と物点スリット2との間に
は第1の電源6によって所定の電圧V1 が印加され、ま
た、加速管3の入口開口電極3aと出口開口電極3bと
の間には第2の電源7によって所定の電圧V2 が印加さ
れている。更に、アインツエルレンズ5の中央開口電極
5bとイオン源1とは電気的に接続され、同電位になっ
ている。8はアインツエルレンズ5によって結像された
マイクロビームの最終の結像点である。アインツエルレ
ンズ5の入口開口電極5a、中央開口電極5bおよび出
口開口電極5c間の間隔はイオンの加速電圧と同じ大き
さの高電圧を安定に保持するために、充分な大きさに作
られており、そのために、このレンズの球面収差が小さ
くなっている。
【0008】上記実施例において、イオン源1より引き
出されたイオンビームは、イオン源1と物点スリット2
との間に印加された所定の電圧V1 により加速された
後、物点スリット2を通過し、半頂角αの発散ビームと
して加速管3の入口開口電極3aに入射し、加速管3の
入口開口電極3aと出口開口電極3bとの間に印加され
た所定の電圧V2 によりこの部分に形成された開口レン
ズの作用により、物点Aに対応した見掛け上の像Bが入
口開口電極3aの直後に作られる。しかし、この像Bは
加速管3の加速電場によるイオン軌跡の湾曲効果がない
と仮定して、入口開口電極3aのレンズ作用だけを考慮
した場合に想定されるものである。したがって、実際に
は加速管3に入射するイオンビームは加速管3の加速電
場によって引きずられ、Bより右方にずれた点にクロス
オーバーを作るようになる。加速管3を通過したイオン
ビームは半頂角βの発散ビームとなるが、そのイオン軌
道を直線的にイオン源1側に延長すると、イオンビーム
の軸線上のC点に反転した虚像Cが形成されるようにな
る。像Bと虚像Cとは大きさがほとんど同じで、像の位
置が平行に移動しているだけであるから、加速管のレン
ズ作用による縮小倍率Mは加速管3の入口開口電極3a
のレンズ作用の強さだけで決まるようになる。加速管3
を出た発散ビームは絞り4を通過した後、アインツエル
レンズ5によって虚像Cに対応する像Dとして結像され
るようになる。その場合、アインツエルレンズ5の中央
開口電極5bとイオン源1とを電気的に接続して同電位
にしているので、仮に、加速管3に印加される電圧が変
動したとしても、レンズ系に色収差を引き起こすことは
ない。
【0009】ところで、アインツエルレンズ5を含むレ
ンズ系全体の縮小倍率は、各々のレンズの縮小倍率の積
で与えられる。アインツエルレンズ5での縮小倍率は、
その球面収差による像のボケが問題になるのを避けるた
めに、0.5程度以下にすることは許されないので、全
系の縮小倍率は主に加速管のレンズ作用によって決めら
れることになる。レンズ系全体の縮小倍率M、角倍率β
/α、ビームエネルギー増大率N=(V1 +V2 )/V
1 の相互間には輝度不変則により、次の関係式が成立す
る。 M(β/α)N1/2 =1・・・・・・(1) ここで、若し、β/α≒1とすると、M=1/N1/2
なる。したがって、一例として、V1 =10V、V1
2 =100KVとすると、N=104 で、M=10-2
が得られることになる。
【0010】上記実施例では、1個の加速管を用いてい
るが、加速管を2段に重ねてもよい。その場合、加速管
のレンズ作用による縮小倍率Mは各段の加速管の縮小倍
率の積で与えられるので、M<1/100が可能にな
り、非常に小さな縮小倍率を得ることができるようにな
る。また、その際、球面収差に基づく像のボケは、主に
最後の加速管のレンズ作用によって決定されるので、縮
小倍率の余り小さくないレンズ作用をもつ加速管を2段
目に使用すれば、その影響を大幅に抑えることが出来る
ようになり、図2はその実施例を示している。同図にお
いて、9は入口開口電極9aおよび出口開口電極9bを
もつ第1段加速管、10は入口開口電極10aおよび出
口開口電極10bをもつ第2段加速管で、それぞれの加
速管9、10の入口開口電極9a、10aおよび出口開
口電極9b、10bの電位は次のように設定されてい
る。 第1段加速管:入口開口電極9a=10V 出口開口電極9b=1000V 第2段加速管:入口開口電極10a=1000V 出口開口電極10b=100KV 各段の加速管における電圧増大率Nは共に102 であ
る。また、詳しい計算結果によれば、全レンズ系の縮小
倍率M≒1.8×10-3で、入射スリットの径を0.0
5mmφとしたとき、最終結像点8で得られるビームス
ポット径は0.09μmとなり、球面収差によるビーム
スポットのボケは0.03μmとなる。
【0011】
【発明の効果】この発明においては、上記のように入射
イオンビームが加速管の入口開口電極において加速管に
入射した直後のまだエネルギーが低い間に強いレンズ作
用を受けるために、ビームサイズの縮小効果が大きくな
るうえ、球面収差が従来のものに比べて格段に小さくな
る利点がある。したがつて、10-2程度の大幅な縮小率
を、球面収差をそれほど大きくすることなしに実現する
ことができる。また、加速管の後に設置されているアイ
ンツエルレンズにかける電圧を加速管にかける電圧と同
じにしているので、加速電圧のゆらぎに起因する色収差
を完全に除去することが出来る。そのため、100Ke
V程度のエネルギーのイオンビームに対して、径0.1
μmのマイクロビームを発生することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の説明図
【図2】この発明のその他の実施例の説明図
【図3】従来のマイクロビーム発生装置を示す説明図
【符号の説明】
1・・・・・・イオン源 2・・・・・・物点スリット 3・・・・・・加速管 3a・・・・・加速管の入口開口電極 3b・・・・・加速管の出口開口電極 4・・・・・・絞り 5・・・・・・アインツエルレンズ 5a・・・・・アインツエルレンズの入口開口電極 5b・・・・・アインツエルレンズの中央開口電極 5c・・・・・アインツエルレンズの出口開口電極 6・・・・・・第1の電源 7・・・・・・第2の電源 8・・・・・・マイクロビームの結像点

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン源と、物点を構成するスリットと、
    入口開口電極および出口開口電極をもつ加速管と、入口
    開口電極、中央開口電極および出口開口電極をもつアイ
    ンツエルレンズとをイオンビームの軸線上に所定の間隔
    で順次配置すると共に、第1の電源によってイオン源と
    物点を構成するスリットとの間に所定の電圧を印加し、
    更に、第2の電源によって加速管の入口開口電極と出口
    開口電極との間に所定の電圧を印加し、更にその上、ア
    インツエルレンズの中央開口電極とイオン源とを電気的
    に接続して同電位にし、加速管を通過したイオンビーム
    が見掛け上、加速管の入口もしくはその少し手前の虚像
    点からの発散ビームとなり、その発散ビームがアインツ
    エルレンズによって結像されてマイクロビームのスポッ
    トを形成することを特徴とするマイクロビーム発生装
    置。
JP3317505A 1991-11-04 1991-11-04 マイクロビーム発生装置 Pending JPH05128985A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059297A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Japan Atomic Energy Agency 小型高エネルギー集束イオンビーム装置
JP2007123000A (ja) * 2005-10-27 2007-05-17 Japan Atomic Energy Agency 折り返しタンデム型静電加速器を用いたコンパクト高エネルギー集束イオンビーム形成装置
JP2008166137A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Sii Nanotechnology Inc 集束イオンビーム装置

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JP4665117B2 (ja) * 2005-08-26 2011-04-06 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 小型高エネルギー集束イオンビーム装置
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