WO2019215893A1 - 多極子レンズ及びそれを用いた収差補正器、荷電粒子線装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a charged particle beam application technique, and more particularly to a charged particle beam apparatus such as a scanning electron microscope or a transmission electron microscope equipped with an aberration corrector.
- an aberration corrector is introduced in order to improve resolution.
- One of the types of aberration correctors is a multi-pole lens installed in multiple stages, and a charged particle beam that passes through the interior as a multi-pole lens that combines multiple multi-pole fields by generating an electric field or magnetic field. There is one that removes the aberrations contained in.
- Patent Document 1 discloses a winding-type aberration corrector that generates a multipole field using magnetic fields from a plurality of current lines.
- Patent Document 2 discloses that an in-lens deflector is installed in the objective lens in order to reduce deflection coma, and a toroidal coil is wound around a ring-shaped ferrite core as the in-lens deflector.
- An example using a conventional toroidal deflector is disclosed.
- Patent Document 1 it is possible to realize a relatively inexpensive multipole correction system aberration corrector by forming a multipole field using a current line, but high mechanical position accuracy, in this case, the current line High positional accuracy is required for placement.
- Patent Document 2 discloses a deflector using a toroidal coil, but does not constitute a multipole lens that generates a multipole field.
- a multipole lens has a magnetic core and a plurality of current lines, and a plurality of grooves are provided on the inner wall of the magnetic core, and the centers of the plurality of grooves are the center of the magnetic core.
- the main line portions of the plurality of current lines are respectively disposed in any one of the plurality of grooves of the magnetic core.
- an aberration corrector and a charged particle beam apparatus are configured using such a multipole lens.
- sectional drawing (A0 surface) of a magnetic body core It is sectional drawing (A1 surface) of a magnetic body core. It is sectional drawing (B surface) of a magnetic body core. It is a figure explaining the effect of the multipole lens using the magnetic body core with an upper and lower lid. It is a figure which shows the magnetic body core with an electrode. It is a figure which shows the magnetic body core with an electrode. It is the schematic which shows the structural example of the whole scanning electron microscope incorporating the aberration correction device.
- Aberration corrector has a multi-stage multipole lens.
- the multipole lens of the present embodiment has a configuration in which current lines are disposed in grooves provided on the inner wall of the magnetic core.
- 1A is a bird's-eye cross-sectional view (schematic diagram) of a multi-pole lens for one stage of a winding aberration corrector
- FIG. 1B is a top view (schematic diagram) of the multi-pole lens for one stage of a winding aberration corrector
- FIG. 1C is a bird's-eye view (schematic diagram) of the center position of the groove provided in the magnetic core.
- the magnetic core 150 is made of a magnetic material such as pure iron or permalloy, has a cylindrical shape, and has grooves 151 to 162 extending in the Z direction on its inner wall. As shown in FIG. 1C, the center positions 151a to 162a of the grooves are provided symmetrically with respect to the central axis 150a of the magnetic core 150. That is, the center position 151a of the groove 151 and the center position 157a of the groove 157 are arranged so as to be axially symmetric with respect to the center axis 150a.
- Groove center position 152a and groove center position 158a, groove center position 153a and groove center position 159a, groove center position 154a and groove center position 160a, groove center position 155a and groove center position 161a, groove center position The same applies to the center position 156a and the groove center position 162a.
- twelve grooves are provided, but the number of grooves is not limited.
- the angle between adjacent grooves is an angle (360 ° / k) divided by the number k of grooves using the central axis 150a of the magnetic core 150 as a rotation axis, where k is the number of grooves.
- FIG. 2 is a bird's eye view (schematic diagram) in which only the current lines 101 to 112 are extracted. Twelve current lines composed of current lines 101 to 112 are arranged around the optical axis 100 of the charged particle beam. The optical axis 100 of the charged particle beam coincides with the central axis 150 a of the magnetic core 150.
- the structure of the current line will be described by taking the current line 101 shown in FIG. 1A as an example.
- the current line 101 has a rectangular circuit shape, and current is supplied from a power source (not shown).
- the arrow attached to the current line indicates the direction of the flowing current.
- the current line is divided into four sections corresponding to the sides of the quadrangle, and these are referred to as a main line part 121, a connection part 122, a connection part 123, and a return line part 124, respectively.
- the main line portion 121 is a portion of the current line arranged in the groove of the magnetic core, and the connection portions 122 and 123 introduce the main line portion 121 into the groove from the outside of the magnetic core, or the main line portion 121 from the groove inside.
- the part led out to the outside of the magnetic core and the return line part 124 refer to the part of the current line arranged outside the magnetic core.
- a multipole field is formed by a magnetic field from the main line.
- the power supply is omitted from the winding lens (multipole lens) shown in FIG. 2, but it is necessary to pass a current with a specific distribution for excitation of the multipole field.
- 2N pole field N is an integer of 1 or more
- the reference current A N The combination of the current values obtained by Equation 1) is taken.
- Equation 1 indicates the current distribution for exciting a single multipole field.
- a plurality of different multipole fields can be superimposed, and in this case, the current lines 101 to 112 are connected to different power sources.
- the direction of the current is reversed between the main line part and the return line part, so the multipole field caused by the return line part weakens the multipole field caused by the main line part.
- the magnetic body core 150 serves as a magnetic shield because the magnetic body core 150 is disposed between the main line portion 121 and the return line portion 124, and the return is performed.
- the line part does not affect the multipole field by the main line part.
- the inventors have further found that the multipole lens of this example has excellent characteristics for constituting an aberration corrector.
- FIG. 3 shows the excitation of a hexapole field for the multipole lens of the present example in which the position of the current line is gradually changed in the radial direction of the magnetic core, and the position of the current line and the intensity of the excited hexapole field (standard).
- This is a study of the relationship with The shapes of the magnetic cores other than the arrangement positions of the current lines are the same. As shown in the figure, the larger the current line position (horizontal axis), the more the main line portion of the current line is located at a position shifted from the inner diameter side of the magnetic core toward the outer diameter side.
- FIG. 4 shows the excitation of a hexapole field in the multipole lens of this example using a magnetic core with the groove width W being changed little by little, and the intensity of the hexapole field excited by the groove width W (normalized).
- the relationship with the The shape of the magnetic core other than the width of the groove is the same including the position of the current line. From this result, it can be seen that there is a region that is almost unaffected by the intensity of the excited hexapole field even when the groove width changes, as in the case where the groove width is 0.3 mm to 0.5 mm.
- the magnetic field intensity excited by the multipole lens of the present embodiment can be hardly affected by the positional accuracy of the main line portion of the current line arranged in the groove of the magnetic core.
- a conventional winding aberration corrector that does not use a magnetic core, high accuracy is required for the position of the current line in order to generate a desired magnetic field.
- the winding aberration corrector of this embodiment if the center position of the groove of the magnetic core is manufactured with high accuracy in the circumferential direction and the radial direction, the displacement of the position of the current line in the groove is This has almost no influence on the magnetic field intensity generated by the multipole lens, which is a very advantageous feature when an aberration corrector is constructed by actually producing a multipole lens.
- the multipole field strength generated by the multipole lens can be adjusted by the inner diameter of the magnetic core and the number of windings of the current wire.
- FIG. 5 shows the intensity of the hexapole field excited by the hexapole field in the multipole lens of the present embodiment using the magnetic core whose inner diameter is changed little by little (shown in a normalized manner). The relationship between Thus, it can be seen that the strength of the magnetic field excited by the multipole lens increases as the inner diameter decreases.
- FIG. 6 is a diagram illustrating the excitation of the hexapole field of the multipole lens of the present embodiment in which the number of windings of the current line is changed, and the number of windings and the intensity of the excited hexapole field (shown in a standardized manner).
- the strength of the magnetic field excited by the multipole lens increases as the number of windings increases, that is, the multiplex number of the main line portion of the current line arranged in the groove of the magnetic core increases. .
- the inner diameter of the magnetic core and the center position of the groove in which the current line is disposed are accurately manufactured (for example, within 1 degree if the circumferential position is shifted), Since the center positions of the opposing grooves are only required to be arranged symmetrically with respect to the central axis of the magnetic core, the shape of the grooves can be determined in consideration of ease of winding.
- FIG. 7 shows an example of the shape of the groove provided in the magnetic core.
- the groove 200 is provided with a tapered portion 201 extending toward the inner wall and an inner chamber 202 in which current lines are arranged.
- FIG. 8 shows a modification of the groove provided in the magnetic core.
- (A) to (E) with the central axes 300a to 300e as the origin, the first groove center positions 301a to 301e, the second groove center positions 302a to 302e, and the third groove center positions 303a to 303e, respectively. It is assumed that 303e is in the same position in the circumferential direction C and the radial direction R. As illustrated, there is no problem even if the width of the tapered portion is changed for the shape of the groove, or the bent portion is provided in the tapered portion as shown in (E).
- wiring guides for positioning the connecting portions of the current lines may be provided on the upper and lower surfaces of the magnetic core.
- the magnetic field intensity generated by the connection portions of the current lines is larger than that when there is no magnetic core. That is, in the case of a wound lens in which the magnetic core 150 is present, the hexapole field intensity excited by the connecting portions 401 and 402 is a waveform 410 in the case of a wound lens in which the magnetic core 150 is present. The intensity of the hexapole field excited by the connecting portions 401 and 402 becomes a waveform 420, which is significantly larger than the waveform 410.
- a nonmagnetic spacer is provided in the Z direction with respect to the magnetic core 150, and a current line connecting portion is arranged on the nonmagnetic spacer, thereby being excited by the connecting portion. It is possible to reduce the magnetic field strength and relax the accuracy required for the position of the groove in the Z direction.
- FIG. 10 shows an example in which nonmagnetic spacers are provided on the upper surface of the magnetic core 150, nonmagnetic spacers may be provided on both the upper and lower surfaces.
- FIG. 11A is a bird's-eye cross-sectional view of the magnetic core
- FIG. 11B is a cross-sectional view of the magnetic core on the A0 plane shown in FIG. 11A
- FIG. 11C is a cross-sectional view of the magnetic core on the A1 plane shown in FIG. FIG.
- FIG. 11D is a cross-sectional view of the magnetic core on the B surface shown in FIG. 11A.
- the A0 plane is an XY plane passing through the vicinity of the center of the slit 501 of the magnetic core 550
- the A1 plane is an XY plane passing through the end of the slit 501
- the B plane is a YZ plane passing through the slit 501.
- Through holes 502 and 503 are respectively provided at both ends of the slit 501, and current lines 511 are disposed in the slit 501 through the through holes 502 and 503 as shown in FIGS. 11C and 11D.
- FIG. 12 the horizontal axis indicates the position in the Z direction with the center of the current line as the origin, and the vertical axis indicates the intensity of the hexapole field excited by the multipole lens.
- a waveform 603 represents the intensity of a hexapole field excited by a multipole lens using a magnetic core with upper and lower lids.
- the waveform 601 shows the intensity of the hexapole field excited only by the main line portion of the current line
- the waveform 602 shows the intensity of the hexapole field excited by the main line portion and the connection portion of the current line.
- a waveform 602 corresponds to the intensity of a hexapole field excited by a multipole lens using the magnetic core shown in FIG. 1A.
- the influence of the magnetic field excited by the connection portion of the current line appears at both ends, and a deviation from the waveform 601 occurs.
- the multipole lens using the magnetic core with the upper and lower lids can eliminate the influence of the position shift of the connecting portion of the current line and excite the multipole field by the ideal winding lens.
- the magnetic core with upper and lower lids shown in FIGS. 11A to 11D may be provided with a slit structure that extends in the Z direction with respect to the magnetic core and does not reach the upper and lower surfaces, as described above.
- a cylindrical magnetic lid having the same inner diameter and outer diameter is arranged above and below the magnetic core so that the magnetic body with the upper and lower lids shown in FIGS. It can also be a core. In this case, it is necessary to provide a through hole for passing the connecting portion of the current line on the surface where the magnetic core and the magnetic lid contact.
- the magnetic core with the upper and lower lids is composed of one part or a combination of different parts
- the part where the main line part of the current line is arranged is magnetic. It is called a body core, and a magnetic part above or below the magnetic core is called a lid or a magnetic lid.
- FIG. 13A and FIG. 13B show examples in which electrodes are provided on the magnetic core.
- the electrode is used, for example, to generate an electric field for correcting chromatic aberration of the primary electron beam when an electron beam apparatus is configured by incorporating the aberration corrector using the multipole lens of this embodiment.
- the magnetic core 750 is provided with the groove (or slit) 701 in which the current line 711 is disposed.
- the electrode 731 is inserted into the groove 701. At this time, since the magnetic core 750 and the electrode 731 have different potentials, the electrode 731 is disposed in the groove 701 through the insulator 721.
- FIG. 13B is an arrangement example in which the insulator is not seen from the optical axis. That is, the insulator 722 is provided in the groove 701 along the inner wall of the magnetic core 750, and the electrode 732 is disposed so as to cover the insulator 722.
- FIG. 14 shows an example of the configuration of an electron beam apparatus incorporating an aberration corrector using the wound multipole lens described above.
- a primary electron beam is emitted from the electron gun 801, formed into a parallel beam by the condenser lens 802, and passes through the multipole lens 803.
- the primary electron beam that has passed through the multipole lens 803 is transferred to the multipole lens 806 by the condenser lens 804 and the condenser lens 805. Thereafter, the primary electron beam is irradiated on the sample 809 after receiving a convergence action by the condenser lens 807 and the objective lens 808.
- the inside of the vacuum vessel 800 is evacuated, and the electron beam travels in a state where the vacuum state is maintained until it reaches the sample 809 from the electron gun 801.
- Each of the multipole lens 803 and the multipole lens 806 is composed of the winding type multipole lens described as the present embodiment, and a hexapole field is excited to correct spherical aberration.
- This spherical aberration optical system is the same optical system as a general aberration corrector used in STEM or the like. The difference is that the multipole lenses 803 and 806 are not multipoles made of a wedge-shaped magnetic material, but use multipole lenses with windings as described above.
- the wound multipole lens can be applied to a four-stage aberration corrector using a quadrupole field and an octupole field.
- this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
- the above-described embodiments have been described in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
- a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
- DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Optical axis, 101-112, 511, 711 ... Current line, 121 ... Main line part, 122, 123 ... Connection part, 124 ... Return line part, 150, 550, 750 ... Magnetic body core, 151-162, 701 ... Groove, 400 ... nonmagnetic spacer, 501 ... slit, 502, 503 ... through-hole, 721, 722 ... insulator, 731, 732 ... electrode, 800 ... vacuum vessel, 801 ... electron gun, 802, 804, 805, 807 ... Condenser lens, 803, 806 ... Multipole lens, 808 ... Objective lens, 809 ... Sample.
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Abstract
多極子場を発生させる巻線型の収差補正器において、電流線を配置するために要求される機械的な位置精度を緩和する。このため、収差補正器を構成する多極子レンズは、磁性体コア(150)と、複数の電流線(101)~(112)とを有し、磁性体コアの内壁に複数の溝(151)~(162)が設けられており、複数の溝の中心(151a)~(162a)は磁性体コアの中心軸(150a)に対して軸対称に配置されており、複数の電流線の主線部はそれぞれ、磁性体コアの複数の溝のいずれかに配置される。
Description
本発明は、荷電粒子線応用技術に係り、特に、収差補正器を搭載した走査電子顕微鏡、透過電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に関する。
走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)や走査透過電子顕微鏡(STEM:Scanning Transmission Electron Microscope)などに代表される荷電粒子線装置では、分解能を向上するために収差補正器が導入されている。収差補正器のタイプの一つに、多段に設置された多極子レンズから構成され、電場ないし磁場を発生することにより複数の多極子場を合わせた多極子レンズとして、内部を通過する荷電粒子線に含まれる収差を除去するものがある。複数の電流線からの磁場を用いて多極子場を発生させる巻線型の収差補正器として特許文献1が開示されている。
また、特許文献2には偏向コマ収差を低減するため、対物レンズ内にレンズ内偏向器を設置することが開示されており、このレンズ内偏向器として、リング状のフェライトコアにトロイダルコイルを巻いたトロイダル型の偏向器を用いる例が開示されている。
特許文献1では電流線を用いて多極子場を形成することにより、比較的安価な多極子補正系の収差補正器を実現可能であるが、高い機械的な位置精度、この場合は電流線の配置に高い位置精度が要求される。
特許文献2は、トロイダルコイルを用いた偏向器を開示しているが、多極子場を発生させる多極子レンズを構成するものではない。
一実施の形態である多極子レンズは、磁性体コアと、複数の電流線とを有し、磁性体コアの内壁に複数の溝が設けられており、複数の溝の中心は磁性体コアの中心軸に対して軸対称に配置されており、複数の電流線の主線部はそれぞれ、磁性体コアの複数の溝のいずれかに配置される。また、かかる多極子レンズを用いて収差補正器、荷電粒子線装置を構成する。
多極子場を発生させる巻線型の収差補正器において、電流線を配置するために要求される機械的な位置精度を緩和することができる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
収差補正器は多段の多極子レンズを有して構成される。本実施例の多極子レンズは、電流線が磁性体コアの内壁に設けられた溝に配置される構成を有している。図1Aは巻線収差補正器の1段分の多極子レンズの鳥瞰断面図(模式図)であり、図1Bは巻線収差補正器の1段分の多極子レンズの上面図(模式図)であり、図1Cは磁性体コアに設けられる溝の中心位置の鳥瞰図(模式図)である。磁性体コア150は純鉄やパーマロイなどの磁性材料でつくられ、円筒形状を有し、その内壁にはZ方向に延在する溝151~162が設けられている。図1Cに示されるように、各溝の中心位置151a~162aは、磁性体コア150の中心軸150aに対して軸対称に設けられている。すなわち、中心軸150aに対して、同一平面上に軸対称となるように溝151の中心位置151a及び溝157の中心位置157aが配置されている。溝の中心位置152a及び溝の中心位置158a、溝の中心位置153a及び溝の中心位置159a、溝の中心位置154a及び溝の中心位置160a、溝の中心位置155a及び溝の中心位置161a、溝の中心位置156a及び溝の中心位置162aについてもそれぞれ同様である。なお、この例では12の溝が設けられているが、溝の数に限定されない。隣接する溝の間の角度は、溝の数をkとすると、磁性体コア150の中心軸150aを回転軸として溝の数kで分割した角度(360°/k)となっている。
電流線101~112はそれぞれ、その主線部が磁性体コア150に設けられた溝151~162の中に配置されている。図2は電流線101~112だけを抜き出して、鳥瞰図(模式図)として示したものである。荷電粒子線の光軸100を中心として、電流線101~電流線112からなる12の電流線が配置される。荷電粒子線の光軸100は、磁性体コア150の中心軸150aに一致する。
図1Aに示される電流線101を例に電流線の構造を説明する。電流線101は四角形の回路形状をしており、図示しない電源から電流が供給される。電流線に付されている矢印は流れる電流の向きである。以下、図1Aに示す通り、電流線をその四角形の辺にそれぞれ対応する4つの区間に分け、それぞれを主線部121、接続部122、接続部123、戻り線部124と称する。主線部121は電流線のうち磁性体コアの溝内に配置される部分、接続部122,123は主線部121を磁性体コアの外部から溝内に導入する、または主線部121を溝内から磁性体コア外部に導出する部分、戻り線部124は電流線のうち磁性体コアの外部に配置される部分をいう。
多極子場は主線部からの磁場で形成される。図2に示した巻線レンズ(多極子レンズ)には電源を省略しているが、多極子場の励起には特定の配分で電流を流す必要がある。例えば2N極子場(Nは1以上の整数)を励起するための一つの組合せとして、電流線101~112のそれぞれに印加する電流をI1~I12とすると、基準電流ANに対して(数1)で求まる電流値の組合せをとる。
磁性体コアを有しない従来の巻線レンズでは、主線部と戻り線部とでは電流の向きが逆になることから、戻り線部による多極子場が主線部による多極子場を弱めてしまう作用を有していた。これに対して、本実施例の巻線レンズでは、主線部121と戻り線部124との間に磁性体コア150が配置されていることにより、磁性体コアが磁気シールドの役割を果たし、戻り線部は主線部による多極子場に対して影響を与えない。発明者らは、さらに本実施例の多極子レンズが収差補正器を構成するために優れた特性を有していることを見出した。
図3は、磁性体コアの径方向に電流線の位置を少しずつ変えた本実施例の多極子レンズについて6極子場を励起させ、電流線の位置と励起される6極子場の強度(規格化して示している)との関係を調べたものである。なお、電流線の配置位置以外の磁性体コアの形状は同一である。図に示すように、電流線位置(横軸)が大きくなるほど、電流線の主線部が磁性体コアの内径寄りから外径寄りにずれた位置にあることを意味している。この結果より、電流線位置が3mm~3.1mmの場合のように、電流線の主線部が磁性体コアの径方向にずれても、励起される6極子場の強度にはほぼ影響を受けない領域があることが分かる。
図4は、溝の幅Wを少しずつ変えた磁性体コアを用いた本実施例の多極子レンズについて6極子場を励起させ、溝の幅Wと励起される6極子場の強度(規格化して示している)との関係を調べたものである。なお、溝の幅以外の磁性体コアの形状は、電流線の配置位置を含めて同一である。この結果より、溝幅が0.3mm~0.5mmの場合のように、溝の幅が変化しても励起される6極子場の強度にはほぼ影響を受けない領域があることが分かる。
これらの結果より、本実施例の多極子レンズにより励起される磁場強度は、磁性体コアの溝内に配置される電流線の主線部の位置精度の影響をほぼ受けないようにすることができることが分かる。従来の磁性体コアを用いない巻線収差補正器では、所望の磁場を発生させるために、電流線の配置位置には高い精度が要求されていた。これに対して、本実施例の巻線収差補正器では磁性体コアの溝の中心位置が周方向及び径方向に精度高く製作されていれば、溝の中における電流線の配置位置のずれは多極子レンズが発生させる磁場強度への影響をほとんど有しないこととなり、これは実際に多極子レンズを作製して、収差補正器を構成するときに非常に有利な特徴である。
一方、多極子レンズが発生させる多極子場強度は、磁性体コアの内径、電流線の巻線数により調整することができる。図5は、内径を少しずつ変えた磁性体コアを用いた本実施例の多極子レンズについて6極子場を励起させ、内径と励起される6極子場の強度(規格化して示している)との関係を調べたものである。このように、内径が小さくなるほど多極子レンズにより励起される磁場強度が大きくなっていることが分かる。また、図6は、電流線の巻線数を変えた本実施例の多極子レンズについて6極子場を励起させ、巻線数と励起される6極子場の強度(規格化して示している)との関係を調べたものである。このように、巻線数が多くなる、すなわち磁性体コアの溝内に配置される電流線の主線部の多重数が多くなるほど多極子レンズにより励起される磁場強度が強くなっていることが分かる。
このように、本実施例の多極子レンズでは、磁性体コアの内径及び電流線を配置する溝の中心位置が精度よく(例えば、周方向の位置のずれであれば1度以内)作製され、対向する溝の中心位置が磁性体コアの中心軸に対して軸対称に配置されているようになっていればよいため、溝の形状は巻きやすさを考慮して定めることが可能である。図7に磁性体コアに設けられる溝の形状の例を示す。この例では、溝200に内壁に向かって広がるテーパー部201、電流線を配置する内室202を設けている。
図8に磁性体コアに設けられる溝の変形例を示す。(A)~(E)において、それぞれ中心軸300a~300eを原点として、第1の溝の中心位置301a~301e、第2の溝の中心位置302a~302e、第3の溝の中心位置303a~303eは周方向C、径方向Rに同じ位置にあるとする。例示するように、溝の形状につき、テーパー部の広がりの大きさを変えても、(E)のように、テーパー部に屈曲部を設けても問題ない。
また、磁性体コアの上面及び下面に電流線の接続部を位置決めするための配線ガイド(溝)を設けてもよい。図9に示すように、電流線の接続部同士は磁性体コア150を介して対向しているため、電流線の接続部によって発生する磁場強度は磁性体コアがない場合に比べて大きくなる。すなわち、磁性体コア150が存在しない巻線レンズの場合、接続部401、402により励起される6極子場強度は波形410であるのに対して、磁性体コア150が存在する巻線レンズの場合、接続部401、402により励起される6極子場強度は波形420となり、波形410に比べて著しく大きくなる。このため、Z方向の溝の位置についても高い精度が必要とされる。このため、図10に示すように、磁性体コア150に対してZ方向に非磁性スペーサを設け、非磁性スペーサ上に電流線の接続部が配置されることで、接続部により励起される6極子場強度を低下させ、Z方向の溝の位置に求められる精度を緩和させることができる。なお、図10では磁性体コア150の上面に非磁性スペーサを設けた例であるが、上下面双方に非磁性スペーサを設けてもよい。
以上の例では、磁性体コアの内壁に上下面に達する溝を設けている。これに対して、磁性体コアの溝をスリット状にしてもよい。いわば、図1Aに示した磁性体コア150に対してその上下に磁性体蓋を追加した形状に相当する。図11A~Dを用いて、磁性体コアに設けられるスリットの形状について説明する。図11Aは磁性体コアの鳥瞰断面図であり、図11Bは図11Aに示すA0面における磁性体コアの断面図であり、図11Cは図11Aに示すA1面における磁性体コアの断面図であり、図11Dは図11Aに示すB面における磁性体コアの断面図である。ここで、A0面は磁性体コア550のスリット501の中央付近を通るXY面であり、A1面はスリット501の端部を通るXY面であり、B面はスリット501を通るYZ面である。スリット501の両端部にはそれぞれ貫通孔502,503が設けられており、図11C、図11Dに示すように、貫通孔502,503を通してスリット501内に電流線511が配置される。
図11A~Dに示した上下蓋付きの磁性体コアを用いて多極子レンズを構成する効果について図12を用いて説明する。図12は横軸を電流線の中心を原点としたZ方向の位置を示し、縦軸は多極子レンズに励起させた6極子場の強度を示している。波形603が上下蓋付きの磁性体コアを用いた多極子レンズに励起させた6極子場の強度である。これに対し、比較例として、電流線の主線部のみで励起させる6極子場の強度を波形601に、電流線の主線部及び接続部で励起される6極子場の強度を波形602に示している。波形602は、図1Aに示した磁性体コアを用いた多極子レンズで励起した6極子場の強度に相当する。波形602では両端部において電流線の接続部の励起する磁場の影響が現れ、波形601との乖離が生じている。これに対して、波形603では波形602にみられる接続部の影響がなくなり、波形601とほぼ同様の6極子場強度が得られていることが分かる。このように、上下蓋付きの磁性体コアを用いた多極子レンズによって、電流線の接続部の位置ずれの影響をなくし、理想的な巻線レンズによる多極子場を励起させることができる。
なお、図11A~Dに示した上下蓋付きの磁性体コアは、前述したように磁性体コアに対してZ方向に延在し、上下面までは達しないスリット構造を設けてもよいし、図1Aに示した磁性体コアに対して、同じ内径と外径を有する円筒形状の磁性体蓋を磁性体コアの上下に配置することで、図11A~Dに示した上下蓋付きの磁性体コアとすることも可能である。この場合には、磁性体コアと磁性体蓋とが接する面に電流線の接続部を通すための貫通孔が設けられる必要がある。本実施例では、上下蓋付きの磁性体コアを1パーツで構成した場合であっても、別パーツの組み合わせで構成した場合であっても、電流線の主線部が配置されている部分を磁性体コアと称し、磁性体コアよりも上または下の磁性体部分を蓋または磁性体蓋と称している。
図13A、図13Bに磁性体コアに対して電極を設ける例を示す。電極は、例えば、本実施例の多極子レンズを用いた収差補正器を組み込んで電子線装置を構成する際に、1次電子線の色収差を補正するための電界を発生させるために用いる。上述のように、磁性体コア750に電流線711が配置される溝(またはスリット)701が設けられている。図13Aの例では、電極731は溝701に挿入される。このとき、磁性体コア750と電極731とは異なる電位となるため、電極731は絶縁体721を介して溝701内に配置する。ここで、絶縁体721のチャージアップを防止するため、絶縁体721が光軸に対してできるだけ露出しないようにすることが望ましい。図13Bは、絶縁体が光軸からみえないようにする配置例である。すなわち、絶縁体722は磁性体コア750の内壁に沿うように溝701に設けられ、絶縁体722を覆うように電極732が配置されている。
以上説明した巻線型多極子レンズを用いた収差補正器を組み込んだ電子線装置の構成例を図14に示す。本装置では、電子銃801から1次電子線が放出され、コンデンサレンズ802で平行ビームに形成され、多極子レンズ803を通過する。多極子レンズ803を通過した1次電子線は、コンデンサレンズ804とコンデンサレンズ805によって多極子レンズ806へ転写される。その後、1次電子線はコンデンサレンズ807および対物レンズ808で収束作用を受けて試料809上に照射される。真空容器800内は真空にされており、電子線は電子銃801から試料809に到達するまで真空状態が維持された中を進む。多極子レンズ803および多極子レンズ806はそれぞれ、本実施例として説明した巻線型多極子レンズで構成され、球面収差補正を行うために6極子場が励起される。本球面収差光学系は、STEMなどで用いられる一般的な収差補正器と同一の光学系である。違いは、多極子レンズ803および806がくさび型の磁性体でできた多極子でなく、前述の通り巻線による多極子レンズを用いることである。なお、巻線型の多極子レンズは6極子場を用いた収差補正器以外にも、4極子場と8極子場を用いた4段の収差補正器にも適用可能である。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
100…光軸、101~112,511,711…電流線、121…主線部、122,123…接続部、124…戻り線部、150,550,750…磁性体コア、151~162,701…溝、400…非磁性スペーサ、501…スリット、502,503…貫通孔、721,722…絶縁体、731,732…電極、800…真空容器、801…電子銃、802,804,805,807…コンデンサレンズ、803,806…多極子レンズ、808…対物レンズ、809…試料。
Claims (10)
- 磁性体コアと、
複数の電流線とを有し、
前記磁性体コアの内壁に複数の溝が設けられており、前記複数の溝の中心は前記磁性体コアの中心軸に対して軸対称に配置されており、
前記複数の電流線の主線部はそれぞれ、前記磁性体コアの前記複数の溝のいずれかに配置される多極子レンズ。 - 請求項1において、
前記複数の溝のそれぞれは、前記内壁に向かって広がるテーパー部と、前記電流線の主線部を配置する内室とを有する多極子レンズ。 - 請求項1において、
前記電流線は、前記主線部を前記磁性体コアの外部から前記溝内に導入する、または前記主線部を前記溝内から前記磁性体コアの外部に導出する接続部を有し、
前記電流線の接続部と前記磁性体コアとの間に非磁性スペーサが配置される多極子レンズ。 - 請求項1において、
前記電流線は、前記主線部を前記磁性体コアの外部から前記溝内に導入する、または前記主線部を前記溝内から前記磁性体コアの外部に導出する接続部を有し、
前記磁性体コアの前記溝の長手方向に対向する磁性体蓋を有し、
前記電流線の接続部は、前記磁性体コアと前記磁性体蓋との間に設けられた貫通孔内に配置される多極子レンズ。 - 請求項1において、
前記電流線は、前記磁性体コアの外部に配置される戻り線部を有し、
前記電流線の主線部は、前記磁性体コアの前記溝内に多重化されて配置される多極子レンズ。 - 請求項1において、
電界を発生させる複数の電極を有し、
前記複数の電極はそれぞれ、絶縁体を介して前記磁性体コアの前記複数の溝のいずれかに配置される多極子レンズ。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載の多極子レンズを多段に有する収差補正器。
- 1次電子線を放出する電子銃と、
前記1次電子線が入射され、多段の多極子レンズを有する収差補正器と、
前記収差補正器を通過した1次電子線が入射される対物レンズとを有し、
前記多極子レンズは、磁性体コアと、複数の電流線とを有し、前記磁性体コアの内壁に複数の溝が設けられており、前記複数の溝の中心は前記磁性体コアの中心軸に対して軸対称に配置されており、前記複数の電流線の主線部はそれぞれ、前記磁性体コアの前記複数の溝のいずれかに配置される荷電粒子線装置。 - 請求項8において、
前記収差補正器は6極子場を用いた収差補正器である荷電粒子線装置。 - 請求項8において、
色収差を補正する電界を発生させる複数の電極を有し、
前記複数の電極はそれぞれ、絶縁体を介して前記磁性体コアの前記複数の溝のいずれかに配置される荷電粒子線装置。
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