Original title: Parasitic Aberrations of Electrostatic Deflectors
Translated title: Parasitic Aberrations of Electrostatic Deflectors
Authors: Badin, Viktor ; Radlička, Tomáš (referee) ; Sháněl, Ondřej (referee) ; Lencová, Bohumila (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2023
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Tato disertační práce se zabývá parazitickými aberacemi elektrostatických multipólových optických prvků vznikajícími v důsledku nepřesného seřízení elektrod. Přesnost výroby a seřízení mechanických částí může mít významný vliv na rozlišení elektronových mikroskopů a litografických systémů. Nepřesnosti výroby, chyby justáže a všechna další narušení symetrie generují takzvaná parazitická pole, jejichž účinky na elektronový svazek se označují jako vady seřízení. Poruchy osově souměrných čoček se obvykle řeší pomocí Sturrockova principu. Posunutí nebo naklonění celých multipólových prvků lze analyzovat v globálně posunutém nebo nakloněném souřadnicovém systému. Tato práce se zabývá vadami seřízení jednotlivých elektrod, které nelze jednoduše popsat zmíněnými přístupy, a obvykle je potřeba je řešit ve 3D. Výpočty ve 3D jsou obecně pomalejší a mají vyšší výpočetní nároky než 2D nástroje standardně používané v softwaru pro částicovou optiku. Pro výpočet parazitických polí generovaných nesprávně seřízenými elektrodami byla v této práci vyvinuta 2D perturbační metoda, kompatibilní s metodou konečných prvků, založená na lokálním posunutí souřadného systému u perturbované elektrody. Byly studovány nepřesnosti vzniklé posuvem elektrody v každé ose cylindrického souřadného systému (podélné, radiální a azimutální). Dále byly ukázány možné aplikace odvozené obecné metody, např. elipticita a příčný posun celého deflektoru. Pro každý z těchto případů jsou výsledné parazitické osové potenciály vypočítané 2D metodou a porovnány s 3D řešením. Kromě srovnání parazitických osových potenciálů byl také ukázán vliv vad seřízení na stopu elektronového svazku procházející optickou soustavou elektronového litografu. Ověření 3D výpočtem bylo v dobré shodě s 2D metodou. Navržený způsob výpočtu parazitických polí ve 2D umožňuje porozumět vlivům různých výrobních a montážních tolerancí, charakterizovat tyto vlivy, navrhnout zařízení potřebná pro korekci vzniklých aberací a optimalizovat požadavky na mechanické tolerance. Vyvinutá metoda je použitelná na jakémkoli standardním PC a je o 1--2 řády rychlejší než řešení porušeného systému ve 3D. The present doctoral dissertation deals with parasitic aberrations in electrostatic multipole optical components arising due to mechanical misalignment of the electrodes. Manufacturing and alignment precision of the mechanical parts can have a significant influence on the performance of electron beam machines such as microscopes and lithography (EBL) systems. Defects, imprecisions, and all other symmetry violations generate so-called parasitic fields whose effects on the particle beam are referred to as parasitic aberrations. Perturbations of axially symmetric lenses are usually treated using Sturrock's principle. Displacement or tilt of an entire multipole component can be analyzed in a globally shifted or tilted coordinate system. The present thesis deals with the misalignment of individual electrodes, which cannot be easily described with the mentioned approaches and usually need to be solved in 3D. Calculations in 3D are generally slower and have higher computational requirements than 2D tools standardly used in charged particle optics programs. To calculate parasitic fields generated by electrode misalignment, a 2D perturbation method compatible with the finite element method (FEM) has been developed in this thesis based on shifting the coordinate system locally around the affected electrode. Electrodes misaligned in each axis of the cylindrical coordinate system (longitudinal, radial, and azimuthal) are studied. Possible applications of the derived general method are shown, such as ellipticity and transverse shift of the entire deflector. For each of these cases, the resulting parasitic axial field functions (AFF) calculated in 2D are validated against the 3D solution. In addition to comparing parasitic AFFs, a case study is provided where the effect of parasitic aberrations on the electron beam in an entire optical column of an EBL system is shown, again validated against the 3D solution. The proposed method of calculating parasitic fields in 2D allows understanding the effects of different manufacturing and assembling tolerances, characterizing these effects, designing aberration correction devices, and optimizing mechanical tolerance requirements. The developed method can be run on any standard PC and is 1--2 orders of magnitude faster than solving the perturbed system in 3D.
Keywords: elektronová litografie.; elektronová mikroskopie; elektrostatický deflektor; harmonická analýza; interpolace pole; mechanické tolerance; metoda konečných prvků; multipólové složky; radiální rozvoj; Sturrockův princip; teorie vad; Vady seřízení; vychýlení elektrody; částicová optika; charged particle optics; electrode misalignment; electron microscopy; electron-beam lithography.; electrostatic deflector; field interpolation; finite element method (FEM); harmonic analysis; mechanical tolerances; multipole components; Parasitic aberrations; perturbation theory; radial expansion; Sturrock's principle

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/212497

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-530734


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses