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収差補正 .(pdf).
球面収差と色収差
シェルツァーの前提
4-8極子によるCs補正
4極子による色収差Cc補正
電磁場4極子によるCc補正
減速電場4極子のCc補正
Wien Correctorによる補正
HexapoleによるCs補正
MirrorによるCs、Cc補正

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EOS津野の
電子光学講座
Electron Optics Solutions
Cc補正は低加速電圧のSEMやイオン装置などで重要と考えられています。高加速電圧の TEMでは、Cs補正が軌道に乗ってきたために、Cc補正の重要性が増しています。Cc補正は 凸レンズと凹レンズを組み合わせて、凹レンズの作る色収差を凸レンズのそれより大きくする工夫が必要です。 これを行うのに電場レンズと磁場レンズを組み合わせることは有効でしたが、電場だけを 使って行うこともできます。それはリターディングと言って、ビームの加速電圧を変化させる方法です。

第2-2章・リターディング法電場4極子による色収差係数Cc補正

磁場を使わない収差補正装置への要求

磁場を使うことによる不都合があります。 

1. イオンビームの場合に磁場の値が大きくなってしまいます。

2. 検査装置などではヒステレシスの影響による再現性のなさを嫌う場合があります。

そこで、磁場を使わない全静電型収差補正器はFIB, 低加速電圧SEMに便利と考えられています。



3段レンズ さて、色収差補正を行うには、最終的に実像を作る系で負の色収差を作らなければなりません。 凸レンズの間に凹レンズを挟む系を軸対称から外れた系で作る必要があります。 (軸対称系はSchelzerの法則から色収差は正) しかも、凹レンズの作る色収差を両側の 凸レンズの色収差よりも大きくしなければならないのです。
静電4極子原理図 この要求を満たすために、再び、4組の4極子を使って 負の色収差を作ります。
最初の4極子でx方向とy方向の軌道を分けます。
次の4極子ではx方向で収差を作りますが、 y方向の軌道は光軸付近を通し、収差を作らせない ようにします。
3個目の4極子には、y方向の収差を作りますが、 x方向の軌道は光軸付近で収差を生じさせません。
最後の4極子で2つの軌道を一致させます。

ここで、磁場・電場重畳型4極子の場合と異なるのは、2~3番目の4極子は一個ではなく、 左の図に示したような3個組のペアとなり、前後の4極子と真ん中の4極子に全体として加える 電圧を変えて、電子の速度を変えてやります。

つまり、低電圧下で作られる色収差は高電圧下で作られるそれより大きいので、 凹レンズを低電圧下に持ってくるわけです。減速・加速レンズと電場4極子を重畳させます。
この方式の欠点としては、軸外収差が大きいことが挙げられています。 この方式は、軸外のこま収差が大きいため、スキャン系の装置にしか用いられないと考えられています。 しかし、直接写像方式の顕微鏡としてのTEMは、加速電圧が高いため、もともと全静電型は 考慮に入れられていませんし、もう一つの直接写像方式であるLEEM(反射型低加速電圧電子顕微鏡)は、 一般に収差が大きいことなどから、他のMirror方式や、Wien Corrector方式が採用されています。

そこで、全静電型はスキャン系の装置用として捉えられています。スキャン系でも、軸外収差は少ない方が有利です。 軸外収差を減らすには、中心面対称または、中心面反対称の軌道を取ればよいことが分かっています。 軸外収差を減らす取り組みと、軸外色収差を減らす取り組みが、以下の文献で扱われています。

文献

C. Weiβbacker, H. Rose, Electrostatic correction of the chromatic and of the spherical aberration of charged-particle lenses (part I), J. Electron Microsc. 50 (2001) 383-390, (part II), J. Electron Microsc. 51 (2002) 45-51.

この文献では、軸外収差をなくすための対称な軌道を作る方法が述べられています。

D. Maas, S. Henstra, M. Krijn, S. Mentink, Electrostatic aberration in low voltage SEM, Proc. SPIE vol. 4510 (2001) 205-217.

この文献では、上の方式と大きく異なる方式が述べられています。こちらは、Archardの基本系に戻り、 それを出発点として、別の基本軌道が採用されています。そこでは、倍率色収差の影響を受けない 新しい補正装置 が提案されています。

この倍率色収差の原因は、コレクターc1, c2の補正に使っていない方の軌道での収束作用に 起因していると考えられています。 この収差を除くために、単極及び4極子を何段か用いて軌道を何回か振動させています。 しかし、非補正面で強いフォーカス作用を受けることは変わらないので、この面で、 軌道を反対称となるようにし、結局何もフォーカス作用を受けないで出てくるように工夫しています。

次は6極子を使ったCs, Cc補正


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