JP2008135336A - Vienna filter - Google Patents
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Abstract
【課題】 ウィーンフィルタ内で静電偏向場、及び静磁偏向場に付随して発生する六極子場に対して、静電六極子場を積極的に発生させ、3回非点を補正する。
【解決手段】 静電場発生部4は、この12極型ウィーンフィルタが適用されるモノクロメータにおいてスリット上でビームを絞るために、ユーザが操作部6を使って操作した指示にしたがって、各電源の印加電圧を調整し、静電偏向場、静電四極子場、静電六極子場のような多重極静電場を発生する。
【選択図】 図5PROBLEM TO BE SOLVED: To positively generate an electrostatic hexapole field with respect to a hexapole field generated accompanying an electrostatic deflection field and a magnetostatic deflection field in a Wien filter and correct astigmatism three times.
An electrostatic field generation unit 4 is configured to switch each power source according to an instruction operated by a user using an operation unit 6 in order to focus a beam on a slit in a monochromator to which the 12-pole Wien filter is applied. The applied voltage is adjusted to generate a multipole electrostatic field such as an electrostatic deflection field, an electrostatic quadrupole field, or an electrostatic hexapole field.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、電子顕微鏡のエネルギーフィルタ、マスフィルタ、スピンローテイタ、モノクロメータ、エネルギーアナライザ等で用いられるウィーンフィルタに関する。 The present invention relates to a Wien filter used in an energy filter, a mass filter, a spin rotator, a monochromator, an energy analyzer and the like of an electron microscope.
従来、荷電粒子線をエネルギーによって選択するために、ウィーンフィルタが利用されている。加速された電子線などの荷電粒子線は、電場に対してはプラス極方向に偏向され、磁場に対しては荷電粒子線の進行方向と磁場とに垂直な方向に偏向される。ウィーンフィルタは、この性質を利用したもので、荷電粒子線の進行方向に直行する面内において互いに直交する電場と磁場を配置することで、荷電粒子線を特定方向に直進させるものである。 Conventionally, a Wien filter is used to select a charged particle beam by energy. An accelerated charged particle beam such as an electron beam is deflected in the positive pole direction with respect to the electric field, and is deflected in a direction perpendicular to the traveling direction of the charged particle beam and the magnetic field with respect to the magnetic field. The Wien filter utilizes this property and arranges an electric field and a magnetic field orthogonal to each other in a plane orthogonal to the traveling direction of the charged particle beam, thereby causing the charged particle beam to travel straight in a specific direction.
このウィーンフィルタは、電子顕微鏡のエネルギーフィルタ、マスフィルタ、スピンローテイタ、モノクロメータ、エネルギーアナライザ等で用いられる。特に、モノクロメータは、電子線を単色化するために、入射される電子線について所定のエネルギーを有する成分のみを透過させる。モノクロメータ付電子銃では、分析電子顕微鏡を用いた電子エネルギー損失分光の分解能の向上を目的とし、電子銃の直下にエネルギー選択スリットとともに用いられる。モノクロメータは、電子線を電子のエネルギーに応じて分散させる光学素子と、エネルギーに応じて分散された電子線から所望の成分を選択するスリットから構成される。電子線をエネルギーに応じて分散させる光学素子として、ウィーンフィルタが用いられる。 This Wien filter is used in energy filters, mass filters, spin rotators, monochromators, energy analyzers and the like of electron microscopes. In particular, the monochromator transmits only a component having a predetermined energy with respect to an incident electron beam in order to make the electron beam monochromatic. The electron gun with a monochromator is used together with an energy selection slit directly under the electron gun for the purpose of improving the resolution of electron energy loss spectroscopy using an analytical electron microscope. The monochromator includes an optical element that disperses an electron beam according to the energy of electrons, and a slit that selects a desired component from the electron beam dispersed according to energy. A Wien filter is used as an optical element that disperses an electron beam according to energy.
図13はウィーンフィルタ内静電場発生方向を示す図である。また、図14はウィーンフィルタ内静磁場発生方向を示す図である。従来のウィーンフィルタは光軸と直交する平面上にそれぞれ垂直に静電偏向場(E1)、静磁偏向場(B1)を発生し、さらに非点なし結像型ウィーンフィルタでは前記偏向場に加えて静電四極子場(E2)、静磁四極子場(B2)を重畳させる。なお、図13及び図14において、電子銃の進行方向は、紙面表から裏へと進むとする。 FIG. 13 is a diagram showing the direction of electrostatic field generation in the Wien filter. Moreover, FIG. 14 is a figure which shows the static magnetic field generation direction in a Wien filter. The conventional Wien filter generates an electrostatic deflection field (E1) and a magnetostatic deflection field (B1) perpendicular to each other on a plane orthogonal to the optical axis, and an astigmatic imaging type Wien filter adds to the deflection field. The electrostatic quadrupole field (E2) and the magnetostatic quadrupole field (B2) are superimposed. In FIGS. 13 and 14, it is assumed that the traveling direction of the electron gun advances from the front side to the back side of the drawing.
前記電磁場を発生可能なウィーンフィルタとして、12極型ウィーンフィルタが提案されている。下記特許文献1には、Z軸にほぼ平行な光軸を有し、少なくとも、X軸方向に双極子電場を生成し、Y軸方向に双極子磁場を生成するウィーンフィルタにして、Z軸方向において光軸にほぼ平行に伸びる12個の極を有し、かつ、XY面内において、光軸に面する各極の先端部が、光軸を中心として12回の回転対称性を有するウィーンフィルタが記載されている。また、下記特許文献2にも12極型ウィーンフィルタが記載されている。 A 12-pole Wien filter has been proposed as a Wien filter capable of generating the electromagnetic field. Patent Document 1 below discloses a Wien filter that has an optical axis substantially parallel to the Z axis, generates a dipole electric field in at least the X axis direction, and generates a dipole magnetic field in the Y axis direction. Wien filter having twelve poles extending substantially parallel to the optical axis and having the tip of each pole facing the optical axis in the XY plane has 12-fold rotational symmetry about the optical axis Is described. Patent Document 2 below also describes a 12-pole Wien filter.
図15は電磁場を発生可能な12極型ウィーンフィルタの概略図である。図中時計周りに極P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9,P10,P11及びP12が形成されている。極P2,P5及びP8,P11は、ウィーンフィルタの外側で機械的に接続されている。 FIG. 15 is a schematic view of a 12-pole Wien filter capable of generating an electromagnetic field. Pole P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9, P10, P11 and P12 are formed in the clockwise direction in the figure. The poles P2, P5 and P8, P11 are mechanically connected outside the Wien filter.
この12極型ウィーンフィルタが前記図13及び図14に示したような電場及び磁場を発生するために、各極に与える電界及び磁界の方向は、以下のとおりである。 In order for the 12-pole Wien filter to generate an electric field and a magnetic field as shown in FIGS. 13 and 14, the directions of the electric and magnetic fields applied to each pole are as follows.
すなわち、図13に方向を示した静電偏向場(E1)の発生のためには、極P8,P9,P10,P11を+極にし、P2,P3,P4,Pを−極にする。また、同様に図13に示した静電四極子場(E2)の発生のためには、極P3,P4,P9,P10を+極にし、極P1,P6,P7,P12を−極にする。 That is, in order to generate the electrostatic deflection field (E1) whose direction is shown in FIG. 13, the poles P8, P9, P10, and P11 are set to + poles, and P2, P3, P4, and P are set to -poles. Similarly, in order to generate the electrostatic quadrupole field (E2) shown in FIG. 13, the poles P3, P4, P9, and P10 are set to + poles, and the poles P1, P6, P7, and P12 are set to -poles. .
また、図14に方向を示した静磁偏向場(B1)の発生のためには、極P1,P2,P11,P12をN極にし、極P5,P6,P7,P8をS極にする。また、同様に図14に示した静磁四極子場(B2)の発生のためには、極P2,P8をN極、極P5,P11をS極にする。 In order to generate the magnetostatic deflection field (B1) whose direction is shown in FIG. 14, the poles P1, P2, P11, and P12 are set to N poles, and the poles P5, P6, P7, and P8 are set to S poles. Similarly, in order to generate the magnetostatic quadrupole field (B2) shown in FIG. 14, the poles P2 and P8 are N poles and the poles P5 and P11 are S poles.
なお、図15において、A−A‘、B−B’は静磁偏向場(B1)を励磁するコイルであり、C,D,E,Fは静磁四極子場(B2)を励磁するコイルである。また、G−G‘、H−H’はアライメントコイルであり、本発明には本質的に関係ない。 In FIG. 15, AA 'and BB' are coils for exciting the magnetostatic deflection field (B1), and C, D, E, and F are coils for exciting the magnetostatic quadrupole field (B2). It is. Further, G-G ′ and H-H ′ are alignment coils, and are not essentially related to the present invention.
以上に説明したように、従来の12極型ウィーンフィルタでは、各電極電源の組み合わせで静電偏向場、静電四極子場を発生させていた。
ところで、ウィーンフィルタは強力な静電、及び静磁偏向場を用いてエネルギー分散を発生させる。偏向場は静電、または静磁ポテンシャル表記で光軸を原点とした1次の対称性を持った奇関数の分布をもった場で表すことが出来る。一方、六極子場は3次の対称性を持った奇関数の分布をもった場であり、偏向場に付随して発生する。即ち、光軸上の偏向場に対して光軸から離れた位置での偏向場の強度に差が生じた場合、この差が六極子場成分として現れる。偏向場の均一度が高い場合、六極子場は弱くなり、均一度が低い場合は六極子場が強く現れる。 By the way, the Wien filter generates energy dispersion using strong electrostatic and magnetostatic deflection fields. The deflection field can be represented by a field having an odd function distribution having a first-order symmetry with the optical axis as the origin in the electrostatic or magnetostatic potential notation. On the other hand, the hexapole field is a field having an odd function distribution having third-order symmetry, and is generated along with the deflection field. That is, when a difference occurs in the intensity of the deflection field at a position away from the optical axis with respect to the deflection field on the optical axis, this difference appears as a hexapole field component. When the uniformity of the deflection field is high, the hexapole field becomes weak, and when the uniformity is low, the hexapole field appears strongly.
六極子場は電子線に対して三回非点収差を引き起こす。三回非点収差は光源像のボケを引き起こし、ウィーンフィルタを搭載したモノクロメータにおいてはエネルギー選択面でのビーム径の増大はエネルギー分解能の低下を引き起こし、さらに、エネルギー選択スリットによるエネルギー選択効率の低下を引き起こし、モノクロメータでの電子線の単色化を行う際ビーム電流量の低下を招く。ビーム電流量の低下は電子線の輝度の低下を引き起こし、通常の電子顕微鏡としての性能の低下を招く。 The hexapole field causes astigmatism three times with respect to the electron beam. Three-fold astigmatism causes blurring of the light source image, and in a monochromator equipped with a Wien filter, an increase in the beam diameter on the energy selection surface causes a decrease in energy resolution, and a decrease in energy selection efficiency due to the energy selection slit. This causes a decrease in the amount of beam current when performing monochromatic electron beams with a monochromator. A decrease in the amount of beam current causes a decrease in the brightness of the electron beam, leading to a decrease in performance as a normal electron microscope.
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、ウィーンフィルタ内で静電偏向場、及び静磁偏向場に付随して発生する六極子場に対して、静電六極子場を積極的に発生させ、3回非点を補正することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an electrostatic hexapole field is actively applied to the hexapole field generated in the Wien filter accompanying the electrostatic deflection field and the magnetostatic deflection field. The purpose is to correct astigmatism three times.
本発明を導入することにより、ウィーンフィルタを搭載したモノクロメータにおいて、エネルギー分解能の改善が見込まれ、さらに、エネルギー選択を行った場合でのビーム電流の低減を抑えることが可能になる。 By introducing the present invention, an improvement in energy resolution can be expected in a monochromator equipped with a Wien filter, and further, a reduction in beam current when energy is selected can be suppressed.
本発明に係るウィーンフィルタは、前記課題を解決するために、Z軸にほぼ平行な光軸を有し、この光軸に直交する二つの軸をX軸及びY軸としたとき、X軸方向に静電偏向場を生成し、Y軸方向に静磁偏向場を生成するウィーンフィルタにして、Z軸方向において光軸に平行に伸びる2n(nは4以上の整数)個の極を有し、かつXY面内において、光軸に面する各極の先端部が、光軸を中心として回転対称性を有するウィーンフィルタにおいて、前記2n個の極に独立に電源を供給する5つの独立制御可能な電源部を制御することにより前記静電偏向場に加えて静電四極子場、さらに静電六極子場を発生する静電場発生手段を備え、前記静電場発生手段により前記静電六極子場を積極的に発生させ、3回非点を補正する。 In order to solve the above problems, the Wien filter according to the present invention has an optical axis substantially parallel to the Z axis, and when two axes orthogonal to the optical axis are taken as an X axis and a Y axis, the X axis direction A Wien filter that generates an electrostatic deflection field and generates a magnetostatic deflection field in the Y-axis direction, and has 2n (n is an integer of 4 or more) poles extending parallel to the optical axis in the Z-axis direction. In a Wien filter in which the tip of each pole facing the optical axis has rotational symmetry about the optical axis in the XY plane, five independent controls that can independently supply power to the 2n poles are possible. An electrostatic quadrupole field in addition to the electrostatic deflection field by controlling a simple power supply unit, and further an electrostatic field generating means for generating an electrostatic hexapole field, and the electrostatic hexapole field is generated by the electrostatic field generating means. Is generated, and astigmatism is corrected three times.
ウィーンフィルタの偏向場に付随して発生する六極子場によるビームの三回非点の発生方向は電場、磁場に依らず同一であり、図16のようになる。これに対して、図15において極P2,P5,P9,P10を+極とし、極P3,P4,P8,P11を−極として電圧を印加する。なお、極2,5と極8,11は機械的に接触されている。もちろん、+、−の符号が逆転しても問題ない。 The generation direction of the three-fold astigmatism of the beam due to the hexapole field generated accompanying the deflection field of the Wien filter is the same regardless of the electric field and magnetic field, as shown in FIG. On the other hand, in FIG. 15, voltages are applied with the poles P2, P5, P9, and P10 as positive poles and the poles P3, P4, P8, and P11 as negative poles. The poles 2 and 5 and the poles 8 and 11 are in mechanical contact. Of course, there is no problem even if the signs of + and-are reversed.
これにより、上で述べた機械的、及び電気的構成を変えないまま六極子電界を発生可能になり、モノクロメータの性能に大きく影響を及ぼす3回非点を補正可能になる。 As a result, a hexapole electric field can be generated without changing the mechanical and electrical configurations described above, and the three-fold astigmatism that greatly affects the performance of the monochromator can be corrected.
また、静電場の対称性を保つため、それぞれの極へかける印加電圧の絶対値は同一に揃える必要があるが、ウィーンフィルタの機械的構成から来る対称性の問題のため、表2に記述される電圧が印加される。即ち、六極子場発生時での極P1,P6,P7,P12には0が、P2,P5には+1.47*V3が、P9,P10には+V3が、そしてP8,P11には−1.47*V3が、P3,P4には−V3が印加されて電極間での電位のバランスを取っている。ここで示された1.47の係数は、理論計算から求めた理想状態での数値であり、実施に当たっては、各電極の製作時の加工精度や、組み立て精度による誤差が発生する為、+側と−側での係数が必ずしも一致するとは限らないし、また、この1.47の係数が保証されるものとは限らない。そのため、これらの係数を独立に任意の値に設定出来るような電気回路が必要となる。 In order to maintain the symmetry of the electrostatic field, the absolute values of the applied voltages applied to the poles must be the same. However, due to the symmetry problem caused by the mechanical structure of the Wien filter, it is described in Table 2. Voltage is applied. That is, 0 is applied to the poles P1, P6, P7, P12 when the hexapole field is generated, + 1.47 * V3 is applied to P2, P5, + V3 is applied to P9, P10, and -1 is applied to P8, P11. .47 * V3 and -V3 is applied to P3 and P4 to balance the potential between the electrodes. The coefficient of 1.47 shown here is a numerical value in an ideal state obtained from theoretical calculation. In implementation, errors due to processing accuracy and assembly accuracy at the time of manufacturing each electrode occur. The coefficients on the negative side and the negative side do not always coincide with each other, and the coefficient of 1.47 is not always guaranteed. For this reason, an electric circuit that can independently set these coefficients to an arbitrary value is required.
本発明に係るウィーンフィルタによれば、ウィーンフィルタ内で静電偏向場、及び静磁偏向場に付随して発生する六極子場に対して、静電六極子場を積極的に発生させ、3回非点を補正する。例えば、ウィーンフィルタを用いたモノクロメータ付き電子銃において、ウィーンフィルタ内に六極子電界を重畳させることにより、ウィーンフィルタにより発生する収差のひとつである3回非点を補正し、エネルギー選択スリット上によりビームを絞ることを可能にする。 According to the Wien filter of the present invention, an electrostatic hexapole field is positively generated with respect to an electrostatic deflection field and a hexapole field generated accompanying the magnetostatic deflection field in the Wien filter. Correct astigmatism. For example, in an electron gun with a monochromator that uses a Wien filter, a hexapole electric field is superimposed in the Wien filter to correct three astigmatisms that are one of the aberrations generated by the Wien filter. Allows you to squeeze the beam.
3回非点を低減し、スリット上でビームを絞ることが出来るようになることにより、モノクロメータ付き電子銃のエネルギー分解能が向上できるようになる。 By reducing astigmatism three times and making it possible to focus the beam on the slit, the energy resolution of the electron gun with a monochromator can be improved.
3回非点を低減し、スリット上でビームを絞ることが出来るようになることにより、エネルギー選択効率が上がり、モノクロメータで電子ビームを単色化させる際にビーム電流量の低減を抑えることが可能になる。 By reducing the astigmatism three times and making it possible to focus the beam on the slit, the energy selection efficiency is improved, and it is possible to suppress the reduction in the amount of beam current when monochromating the electron beam with a monochromator. become.
モノクロメータで電子ビームを単色化させる際にビーム電流量の低減を抑えることが可能になることにより、モノクロメータ付き電子銃の電子線輝度の低下を極力抑えることが可能になる。 By reducing the amount of beam current when the electron beam is monochromatized by the monochromator, it is possible to suppress the decrease in the electron beam luminance of the electron gun with the monochromator as much as possible.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。この実施の形態は12極型ウィーンフィルタである。図1は12極型ウィーンフィルタの断面図である。図2は12極型ウィーンフィルタのYZ平面に沿う断面図である。図3は12極型ウィーンフィルタの静電場発生方向を示す図である。図4は12極型ウィーンフィルタの静磁場発生方向を示す図である。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment is a 12-pole Wien filter. FIG. 1 is a cross-sectional view of a 12-pole Wien filter. FIG. 2 is a cross-sectional view of the 12-pole Wien filter along the YZ plane. FIG. 3 is a diagram showing the direction of electrostatic field generation in a 12-pole Wien filter. FIG. 4 is a diagram illustrating the static magnetic field generation direction of the 12-pole Wien filter.
図1に示すように、この12極型ウィーンフィルタは、Z軸にほぼ平行な光軸oを有する。また12極型ウィーンフィルタは、Z軸方向において光軸oに平行に伸びる2×n=2×6=12個の極P1〜P12を有する。極P1〜P12は、時計周りに配置されている。この光軸oに直交する二つの軸をX軸及びY軸としたとき、XY面内において、光軸oに面する各極P1〜P12の先端部は、光軸oを中心として回転対称性を有する。前記12個の極P1〜P12は、いずれも磁性材料からなる。この磁性材料は、例えば鉄、ニッケル、パーマロイ等を含む。 As shown in FIG. 1, this 12-pole Wien filter has an optical axis o substantially parallel to the Z-axis. The 12-pole Wien filter has 2 × n = 2 × 6 = 12 poles P1 to P12 extending in parallel with the optical axis o in the Z-axis direction. The poles P1 to P12 are arranged clockwise. When the two axes orthogonal to the optical axis o are the X axis and the Y axis, the tip portions of the poles P1 to P12 facing the optical axis o are rotationally symmetric about the optical axis o in the XY plane. Have The twelve poles P1 to P12 are all made of a magnetic material. This magnetic material includes, for example, iron, nickel, permalloy and the like.
より詳細には、以下のとおりである。図1及び図2に示すように、この12極型ウィーンフィルタは、荷電粒子線としての電子線が通過する円筒状空間2(その中心線は光軸oと一致する)の内部に、所望の分布の電磁場を生成するために、光軸oに平行に伸びる12個の極P1〜P12を有する。 In more detail, it is as follows. As shown in FIGS. 1 and 2, this 12-pole Wien filter has a desired space inside a cylindrical space 2 through which an electron beam as a charged particle beam passes (its center line coincides with the optical axis o). In order to generate a distributed electromagnetic field, it has 12 poles P1 to P12 extending parallel to the optical axis o.
12極型ウィーンフィルタは、図3及び図4に示すように、X軸方向に静電偏向場E1を生成し、Y軸方向に静磁偏向場B1を生成する。また、12極型ウィーンフィルタが非点なし結像型ウィーンフィルタである場合には、静電偏向場E1に加えて静電四極子場E2、静磁偏向場B1に加えて静磁四極子場B2を重畳させる。この12極型ウィーンフィルタは、さらに静電六極子場を発生する。 The 12-pole Wien filter generates an electrostatic deflection field E1 in the X-axis direction and a magnetostatic deflection field B1 in the Y-axis direction, as shown in FIGS. When the 12-pole type Wien filter is an astigmatic imaging type Wien filter, in addition to the electrostatic deflection field E1, the electrostatic quadrupole field E2 and the magnetostatic deflection field B1 as well as the magnetostatic quadrupole field. B2 is superimposed. This 12-pole Wien filter also generates an electrostatic hexapole field.
図5は、本発明の要部となる静電場発生部4と12極型ウィーンフィルタの極(P1〜P12)部3の各極と、5つの独立制御可能な電源部との接続図である。静電場発生部4は、12極P1〜P12に独立に電源を供給する5つの独立制御可能な電源部(電源SA,SB,SC,SD及びSE)5を制御することにより、静電偏向場E1に加えて静電四極子場E2、さらに静電六極子場を発生する。 FIG. 5 is a connection diagram of the electrostatic field generating unit 4 and the poles of the poles (P1 to P12) 3 of the 12-pole Wien filter, which are the main parts of the present invention, and five independently controllable power supply units. . The electrostatic field generation unit 4 controls the five electrostatically controllable power supply units (power supplies SA, SB, SC, SD, and SE) 5 that supply power independently to the 12 poles P1 to P12, thereby providing an electrostatic deflection field. In addition to E1, an electrostatic quadrupole field E2 and an electrostatic hexapole field are generated.
静電場発生部4は、この12極型ウィーンフィルタが適用される後述するモノクロメータにおいてスリット上でビームを絞るために、ユーザが操作部6を使って操作した指示にしたがって、各電源の印加電圧を調整し、静電偏向場、静電四極子場、静電六極子場のような多重極静電場を発生する。 The electrostatic field generating unit 4 applies the applied voltage of each power source in accordance with an instruction operated by the user using the operation unit 6 in order to focus the beam on the slit in a monochromator to be described later to which the 12-pole Wien filter is applied. To generate a multipole electrostatic field such as an electrostatic deflection field, an electrostatic quadrupole field, or an electrostatic hexapole field.
静電場発生部4は、各電源(電源SA,SB,SC,SD及びSE)と、次の表1のように接続された12極型ウィーンフィルタに、表2のような印加電圧を印加する。
電源SAは極P1,P6,P7及びP12に接続される。電源SBは極P2,P5に接続される。電源SCは極P3,P4に接続される。電源SDは極P8,P11に接続される。電源SEは極P9,P10に接続される。
表2は、多重極静電場として静電偏向場、静電四極場、静電六極部を発生するときの各電源への印加電圧を示している。静電偏向場の印加電圧をV1、静電四極場の印加電圧をV2、静電六極場の印加電圧をV3としている。静電偏向場を発生するために、電源SAには0、電源SBには−V1、電源SCには−V1、電源SDには+V1、電源SEには+V1を印加する。図6は静電偏向場の発生図である。 Table 2 shows voltages applied to the respective power supplies when an electrostatic deflection field, an electrostatic quadrupole field, and an electrostatic hexapole part are generated as a multipole electrostatic field. The applied voltage of the electrostatic deflection field is V1, the applied voltage of the electrostatic quadrupole field is V2, and the applied voltage of the electrostatic hexapole field is V3. In order to generate an electrostatic deflection field, 0 is applied to the power supply SA, -V1 is applied to the power supply SB, -V1 is applied to the power supply SC, + V1 is applied to the power supply SD, and + V1 is applied to the power supply SE. FIG. 6 is a diagram showing the generation of an electrostatic deflection field.
静電四極場を生成するために、電源SAには−V2、電源SBには0、電源SCには+V2、電源SDには0、電源SEには+V2を印加する。図7は静電四極場の発生図である。 In order to generate an electrostatic quadrupole field, -V2 is applied to the power supply SA, 0 is applied to the power supply SB, + V2 is applied to the power supply SC, 0 is applied to the power supply SD, and + V2 is applied to the power supply SE. FIG. 7 is a diagram showing the generation of an electrostatic quadrupole field.
静電六極場を生成するために、電源SAには0、電源SBには+1.47×V3、電源SCには−V3、電源SDには−1.47×V3、電源SEには+V3を印加する。図8は静電六極場の発生図である。 To generate an electrostatic hexapole field, the power supply SA is 0, the power supply SB is + 1.47 × V3, the power supply SC is −V3, the power supply SD is −1.47 × V3, and the power supply SE is + V3. Apply. FIG. 8 is a diagram showing the generation of an electrostatic hexapole field.
そして、静電場発生部4は、静電六極子場を積極的に発生させ、3回非点を補正する。図9は、12極型ウィーンフィルタと、三回非点発生方向を示す図である。図8に示す静電六極場の発生により、三回非点が補正できる。これにより、図10に示すように、モノクロメータに適用した場合、エネルギー選択スリット上によりビームを絞ることを可能にする。 Then, the electrostatic field generator 4 positively generates an electrostatic hexapole field and corrects astigmatism three times. FIG. 9 is a diagram showing a 12-pole Wien filter and the direction of three-fold astigmatism. The generation of the electrostatic hexapole field shown in FIG. 8 can correct astigmatism three times. Thereby, as shown in FIG. 10, when applied to a monochromator, the beam can be narrowed down on the energy selection slit.
図11は、12極型ウィーンフィルタを適用したモノクロメータを有する電子光学系の構成図である。この電子光学系は、電子源11の直下であって加速段16の前段に、モノクロメータ12を有している。モノクロメータ12は、絞り13、ウィーンフィルタ14及びスリット15からなる。ウィーンフィルタ14は、12極型ウィーンフィルタであり、図1〜図5に示した構成であり、静電場発生部4により、静電六極子場を積極的に発生させ、3回非点を補正する。 FIG. 11 is a configuration diagram of an electron optical system having a monochromator to which a 12-pole Wien filter is applied. This electron optical system has a monochromator 12 immediately below the electron source 11 and before the acceleration stage 16. The monochromator 12 includes a diaphragm 13, a Wien filter 14 and a slit 15. The Wien filter 14 is a 12-pole Wien filter and has the configuration shown in FIGS. 1 to 5. The electrostatic field generator 4 actively generates an electrostatic hexapole field and corrects astigmatism three times. To do.
電子源11から出射された電子線は、モノクロメータ12によって、3回非点が補正されながら、所定のエネルギー分布幅を有する所定のエネルギーの成分が選択される。モノクロメータ12で選択された成分からなる電子線は、加速部16における静電勾配によって、加速され、集束レンズ17によって試料18に照射される。 The electron beam emitted from the electron source 11 is selected for a predetermined energy component having a predetermined energy distribution width while the astigmatism is corrected three times by the monochromator 12. The electron beam composed of the component selected by the monochromator 12 is accelerated by the electrostatic gradient in the acceleration unit 16 and is irradiated onto the sample 18 by the focusing lens 17.
この電子光学系では、モノクロメータ12により、12極型ウィーンフィルタ14にて3回非点を低減し、スリット15上でビームを絞ることが出来るようになるので、電子源11のエネルギー分解能が向上できるようになる。また、3回非点を低減し、スリット上でビームを絞ることが出来るようになることにより、エネルギー選択効率が上がり、モノクロメータ12で電子ビームを単色化させる際にビーム電流量の低減を抑えることが可能になる。また、モノクロメータ12で電子ビームを単色化させる際にビーム電流量の低減を抑えることが可能になることにより、モノクロメータ付き電子銃(電子源)の電子線輝度の低下を極力抑えることが可能になる。 In this electron optical system, the monochromator 12 can reduce astigmatism three times with the 12-pole Wien filter 14 and can focus the beam on the slit 15, thereby improving the energy resolution of the electron source 11. become able to. Further, by reducing astigmatism three times and allowing the beam to be focused on the slit, the energy selection efficiency is improved, and the reduction of the beam current amount is suppressed when the monochromator 12 makes the electron beam monochromatic. It becomes possible. In addition, when the monochromator 12 makes the electron beam monochromatic, it is possible to suppress a reduction in the amount of beam current, thereby minimizing the decrease in the electron beam brightness of the electron gun with a monochromator (electron source). become.
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。この他の実施の形態は、8極型ウィーンフィルタである。図12は8極型ウィーンフィルタの断面図である。この8極型ウィーンフィルタは、Z軸にほぼ平行な光軸oを有する。また8極型ウィーンフィルタは、Z軸方向において光軸oに平行に伸びる2×n=2×4=8個の極P1〜P8を有する。極P1〜P8は、時計周りに配置されている。この光軸oに直交する二つの軸をX軸及びY軸としたとき、XY面内において、光軸oに面する各極P1〜P8の先端部は、光軸oを中心として回転対称性を有する。前記8個の極P1〜P8は、いずれも磁性材料からなる。この磁性材料は、例えば鉄、ニッケル、パーマロイ等を含む。 Next, another embodiment of the present invention will be described. Another embodiment is an 8-pole Wien filter. FIG. 12 is a cross-sectional view of an 8-pole Wien filter. This 8-pole Wien filter has an optical axis o substantially parallel to the Z-axis. The 8-pole Wien filter has 2 × n = 2 × 4 = 8 poles P1 to P8 extending in parallel with the optical axis o in the Z-axis direction. The poles P1 to P8 are arranged clockwise. When the two axes orthogonal to the optical axis o are the X axis and the Y axis, the tip portions of the poles P1 to P8 facing the optical axis o are rotationally symmetric about the optical axis o in the XY plane. Have Each of the eight poles P1 to P8 is made of a magnetic material. This magnetic material includes, for example, iron, nickel, permalloy and the like.
この8極型ウィーンフィルタも、図3及び図4に示したのと同様な、X軸方向に静電偏向場E1を生成し、Y軸方向に静磁偏向場B1を生成する。また、8極型ウィーンフィルタが非点なし結像型ウィーンフィルタである場合には、静電偏向場E1に加えて静電四極子場E2、静磁偏向場B1に加えて静磁四極子場B2を重畳させる。この8極型ウィーンフィルタは、さらに静電六極子場を発生する。 This 8-pole Wien filter also generates an electrostatic deflection field E1 in the X-axis direction and a magnetostatic deflection field B1 in the Y-axis direction, similar to those shown in FIGS. When the octupole Wien filter is an astigmatic imaging type Wien filter, in addition to the electrostatic deflection field E1, the electrostatic quadrupole field E2 and the magnetostatic deflection field B1 as well as the magnetostatic quadrupole field. B2 is superimposed. This 8-pole Wien filter further generates an electrostatic hexapole field.
この8極型ウィーンフィルタにあっても、前記図5を準用すれば静電場発生部4が静電偏向場E1に加えて静電四極子場E2、さらに静電六極子場を発生することが分かる。 Even in this 8-pole type Wien filter, if FIG. 5 is applied mutatis mutandis, the electrostatic field generator 4 may generate an electrostatic quadrupole field E2 and further an electrostatic hexapole field in addition to the electrostatic deflection field E1. I understand.
静電場発生部4は、各電源(電源SA,SB,SC,SD及びSE)と、次の表3のように接続された8極型ウィーンフィルタに、表4のような印加電圧を印加する。
電源SAは極P1,P5に接続される。電源SBは極P2,P4に接続される。電源SCは極P3に接続される。電源SDは極P6,P8に接続される。電源SEは極P7に接続される。
表4は、多重極静電場として静電偏向場、静電四極場、静電六極部を発生するときの各電源への印加電圧を示している。静電偏向場の印加電圧をV1、静電四極場の印加電圧をV2、静電六極場の印加電圧をV3としている。静電偏向場を発生するために、電源SAには0、電源SBには−V1、電源SCには−V1、電源SDには+V1、電源SEには+V1を印加する。 Table 4 shows voltages applied to the respective power supplies when an electrostatic deflection field, an electrostatic quadrupole field, and an electrostatic hexapole part are generated as a multipole electrostatic field. The applied voltage of the electrostatic deflection field is V1, the applied voltage of the electrostatic quadrupole field is V2, and the applied voltage of the electrostatic hexapole field is V3. In order to generate an electrostatic deflection field, 0 is applied to the power supply SA, -V1 is applied to the power supply SB, -V1 is applied to the power supply SC, + V1 is applied to the power supply SD, and + V1 is applied to the power supply SE.
静電四極場を生成するために、電源SAには−V2、電源SBには0、電源SCには+V2、電源SDには0、電源SEには−V2を印加する。 In order to generate an electrostatic quadrupole field, -V2 is applied to the power supply SA, 0 is applied to the power supply SB, + V2 is applied to the power supply SC, 0 is applied to the power supply SD, and -V2 is applied to the power supply SE.
静電六極場を生成するために、電源SAには0、電源SBには+1.47×V3、電源SCには−V3、電源SDには−1.47×V3、電源SEには+V3を印加する。 To generate an electrostatic hexapole field, the power supply SA is 0, the power supply SB is + 1.47 × V3, the power supply SC is −V3, the power supply SD is −1.47 × V3, and the power supply SE is + V3. Apply.
そして、静電場発生部4は、静電六極子場を積極的に発生させ、3回非点を補正する。この8極型ウィーンフィルタを、モノクロメータに適用した場合、エネルギー選択スリット上によりビームを絞ることを可能にする。 Then, the electrostatic field generator 4 positively generates an electrostatic hexapole field and corrects astigmatism three times. When this 8-pole Wien filter is applied to a monochromator, the beam can be narrowed down on the energy selection slit.
図11に示した電子光学系における、モノクロメータに8極型ウィーンフィルタを適用できる。静電場発生部4により、静電六極子場を積極的に発生させ、3回非点を補正する。 In the electron optical system shown in FIG. 11, an 8-pole Wien filter can be applied to the monochromator. The electrostatic field generator 4 actively generates an electrostatic hexapole field and corrects astigmatism three times.
電子源11から出射された電子線は、モノクロメータ12によって、3回非点が補正されながら、所定のエネルギー分布幅を有する所定のエネルギーの成分が選択される。モノクロメータ12で選択された成分からなる電子線は、加速部16における静電勾配によって、加速され、集束レンズ17によって試料18に照射される。 The electron beam emitted from the electron source 11 is selected for a predetermined energy component having a predetermined energy distribution width while the astigmatism is corrected three times by the monochromator 12. The electron beam composed of the component selected by the monochromator 12 is accelerated by the electrostatic gradient in the acceleration unit 16 and is irradiated onto the sample 18 by the focusing lens 17.
この電子光学系でも、モノクロメータ12により、8極型ウィーンフィルタ14にて3回非点を低減し、スリット15上でビームを絞ることが出来るようになるので、電子源11のエネルギー分解能が向上できるようになる。また、3回非点を低減し、スリット上でビームを絞ることが出来るようになることにより、エネルギー選択効率が上がり、モノクロメータ12で電子ビームを単色化させる際にビーム電流量の低減を抑えることが可能になる。また、モノクロメータ12で電子ビームを単色化させる際にビーム電流量の低減を抑えることが可能になることにより、モノクロメータ付き電子銃(電子源)の電子線輝度の低下を極力抑えることが可能になる。 Also in this electron optical system, the monochromator 12 can reduce the astigmatism three times by the octupole Wien filter 14 and can focus the beam on the slit 15, thereby improving the energy resolution of the electron source 11. become able to. Further, by reducing astigmatism three times and allowing the beam to be focused on the slit, the energy selection efficiency is improved, and the reduction of the beam current amount is suppressed when the monochromator 12 makes the electron beam monochromatic. It becomes possible. In addition, when the monochromator 12 makes the electron beam monochromatic, it is possible to suppress a reduction in the amount of beam current, thereby minimizing the decrease in the electron beam brightness of the electron gun with a monochromator (electron source). become.
なお、本発明のウィーンフィルタは、モノクロメータのみならず、電子顕微鏡のエネルギーフィルタ、マスフィルタ、スピンローテイタ、エネルギーアナライザ等で用いられる。 The Wien filter of the present invention is used not only in a monochromator but also in an electron microscope energy filter, mass filter, spin rotator, energy analyzer, and the like.
3 極部
4 静電場発生部
5 電源部
6 操作部
3 pole part 4 electrostatic field generation part 5 power supply part 6 operation part
Claims (1)
前記2n個の極に独立に電源を供給する5つの独立制御可能な電源部を制御することにより前記静電偏向場に加えて静電四極子場、さらに静電六極子場を発生する静電場発生手段を備え、
前記静電場発生手段により前記静電六極子場を発生させ、3回非点を補正することを特徴とするウィーンフィルタ。 When the optical axis is almost parallel to the Z axis and the two axes perpendicular to the optical axis are the X axis and the Y axis, an electrostatic deflection field is generated in the X axis direction, and the magnetostatic deflection is performed in the Y axis direction. The Wien filter for generating a field has 2n (n is an integer of 4 or more) poles extending parallel to the optical axis in the Z-axis direction, and the tip of each pole facing the optical axis in the XY plane In the Wien filter whose part has rotational symmetry about the optical axis,
An electrostatic field that generates an electrostatic quadrupole field and further an electrostatic hexapole field in addition to the electrostatic deflection field by controlling five independently controllable power supply units that supply power independently to the 2n poles. With generating means,
A Wien filter characterized in that the electrostatic hexapole field is generated by the electrostatic field generating means and the astigmatism is corrected three times.
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