Development of chromatic aberration correction system for low voltage scanning electron microscope

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04489
• Research Institution: Fukui University of Technology
• Principal Investigator: 西 竜治 福井工業大学, 工学部, 教授 (40243183)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 微分代数法 / 色収差 / 対称線電流 / 偏向

Outline of Annual Research Achievements

走査透過電子顕微（ＳＴＥＭ）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）ではレンズの球面収差を補正し分解能を向上させる収差補正器が商用的に搭載が行われている。しかし、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）では収差補正器は実用化には至っていない。これはＳＥＭではＳＴＥＭより通常加速電圧が１桁以上低い加速電圧で動作を行うために球面収差のみならず色収差の影響が大きいからである。本研究ではＳＥＭにて実用的に用いることができるシンプルな構造の色・球面収差補正器を目指している。
現在の収差補正器は磁気多極子を２段以上とリレーレンズを組み合わせたものである。磁性体である磁極を使うことで磁束を強められ、形状をある程度制御できるメリットがある反面、磁性体のヒステリシスなどのデメリットもある。磁性体を持たない対称線電流（ＳＹＬＣ）を用いて電流により磁界を、電圧印加により電位を発生させることで電磁多極子相当の機能をもたせ、低加速電圧対応の球面収差・色収差補正器の性能をシミュレーションにより検証している。
収差解析は微分代数法を使って軌道方程式を解くことにより収差係数の計算を行っている。色球面収差補正条件を最適化するために、複数モデルでの検証を行っている。ＳＹＬＣの導線に流す電流や印加する電圧の条件、ＳＹＬＣの位置や回転角度、その長さ、レンズの組み合わせといった条件の組合せの最適化を行っているところである。色収差補正系として２段偏向系に対応できるように光軸が大きく曲がった座標系へ変換できるよう改良を進めている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

コロナによる講義負荷の増大や移動の制限から、開発が予定より遅れている。シミュレータの改良では数値計算ライブラリを使った計算方式の見直しにより解析ソフトの組み換えと計算効率化を目指しているところである。色収差・球面収差同時補正条件の最適化に手間取っている。

Strategy for Future Research Activity

色収差補正系と球面収差補正系を両立させるためにSYLCの数が増え、パラメータの収束が悪くなっているので、最適化アルゴリズムと個々の計算時間を改善する必要があり、計算機のスピードアップとアルゴリズム改良での計算量の削減を行い、最適条件を見つけられるように改善する。
2次色収差補正条件や3次以上の幾何収差を軽減できるモデルへ探索範囲を広げる。
偏向系での収差係数が計算できるように改良を進め、光軸が直線でない光学系で分散と色収差補正の可能性を探る。

Causes of Carryover

コロナで研究全体の進行が遅れた影響で、学会参加や研究打ち合わせが滞っているためおよび半導体の納期遅延の影響も受けPC環境の更新が遅れているため予算の執行が遅れ未使用額が生じた。
今後、シミュレータプログラム開発・実行用にPC計算環境を追加で導入する。また、コロナで延期になっていた学会発表の旅費に使用する予定。