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--12極子、20極子による一様場の生成 --

12極子と20極子を使った静電偏向器 図1に示すように、上下左右に50°の角度の大きな極を置き、4つの斜め方向に20°の広 がりを持った極を2枚ずつ配置するという12極子の構造をどのようなきっかけで思いつい たのか私は知らないのですが、良く考えたなと感心した配置です。図には、-X, X, Y, -Y で記していますが、4種類の電圧をかけます。20°の電極は一個間を置いてから同じ電圧が かかります。一様場を作るには、120°の広がりが必要でしたが、この場合は130°の広が りを持っています。ただ、間が抜けているわけです。間を抜くことによって、8極子の場合 のような電圧を下げるのと同じ効果が生まれているのだと思います。別の電圧を加えるには 別の電源が必要ですが、間をあけるだけで同じ電圧をくわえるならば余分の電源はいらない わけです。 図2にはX=10V, Y=10Vを加えた場合のポテンシャルを示しています。-X, -Yにはもちろん -10Vをかけているわけです。このとき、ポテンシャルは両方向の合成で45°の方向を向い ています。 図3は20極もありますが、12極の場合と何が違うかといいますと、最初のページに書いた式 で、偏向子の条件は、3次の項が〇になることでしたが、この20極子はさらに次の5次項も零 になるように選ばれているということです。高次の項まで零になっている場合の利点は、遠 くまで、つまり大きな量の偏向に耐えられる偏向子ができるということになります。偏向器 は電子顕微鏡で使われているように、補正やスキャンのほかに、リソグラフィー装置のように 大きな偏向を必要とする場合もあります。しかし、この20極子のような複雑な形になると、 その形を精度よく加工し固定する際の誤差の方が大きく聞いてしまうのではないかと心配に なります。 図4は、8極偏向子の偏向軌道を描いたもので、偏向後ビームがフォーカスするように入射 ビームの条件を与えたものです。このとき、フォーカスビームの周辺のビーム形状すなわち 収差図形を描かせてみますと、図5のようになりました。収差の大部分は非点であることが わかります。Z=15mmちょうどの位置でのビームサイズは5nmx45nmで、非点がなければビーム サイズは5nm程度であることがわかります。偏向量は、高々0.1mm程度ですが、この程度の 僅かの偏向量のときには、5次の収差を気にするよりも、非点がどこから出てしまっている のかを追及する方が重要と思われます。 前に4極子の場合の電場ポテンシャルで二個の4極子を近づけておいたときに、その境界で 4極子場を発生していましたが、おそらくはこれが非点を作ったのではないかと推定されます。 もしそうであれば、2段偏向において、2個の多極子はお互いに遠ざけて設置しなければな りません。12極子を20極子に変えて5次の収差を防ぐことよりも先にやるべきことはこの 偏向に伴って発生する非点を防ぐことではないかと考えられます。 図4.　二段偏向ビーム 図5.　偏向ビームのフォーカス点近傍の収差図形

図1.静電12極 図2. 静電12極子のポテンシャル。X,Y方向に同一電圧を加えた場合。 図3. 静電20極子のポテンシャル。X,Y方向に同一電圧を加えた場合。