[发明专利]带电粒子束用静电透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于SEM(扫描电子显微镜)或离子枪等的带电粒子聚束用的静电透镜。

背景技术

以往，公知的用于SEM或离子枪等的电子透镜是磁透镜和专利文献1、2(专利文献1：日本专利公开公报特开平10-241616号、专利文献2：日本专利公开公报特开2000-340152号)所示的静电透镜。前者的磁透镜虽然能减小像差，但由于受到磁极形状的限制，所以难以小型化或轻便化。另一方面，后者的静电透镜虽然在小型化或轻便化方面具有优势，但减速型难以减小像差，而加速型由于必须向电极施加高电压，所以不容易进行耐压设计。

例如，在以往的三电极减速型单电位静电透镜的情况下，如果对焦距F进行透镜设计，使球面像差系数C_S、色像差系数C_C等为最小，则可以得到C_S＝7.1×F。并且，如果电子的加速电压V_A＝5kV、焦距F＝5mm、图9中的各贯通孔的半径R＝4.54mm、电极之间的间隔s＝中间电极厚度t＝2.27mm，则在透镜电极电压为-8250V条件下，可以得到C_S＝35.54mm。

如果将该值(C_S＝35.54mm)与孔径为10mm、磁极之间间隙为5mm的同一焦距的强励磁磁场型透镜的C_S＝4.3mm进行比较，则减速型静电透镜的球面像差系数为磁场型透镜的球面像差系数的大约8.3倍。

减速型静电透镜的球面像差系数变大是由于：当与中心轴保持距离r0并行入射的电子依次通过入射侧电极V1、中间电极V2和出射侧电极V3时，受到这些电极的作用(电场力)，如图9所示，在入射侧电极v1和中间电极v2之间，电子e向离开中心轴m的方向前进，在离开中心轴m的距离r为最大之后，一边描绘朝向中心轴m或者是接近中心轴m的山形轨迹，一边进行聚束。从以下算式(1)所确定的球面像差系数Cs的计算公式中，也可以看出如果r变大则球面像差系数Cs也变大。

算式(1)

其中，F表示焦距、z表示中心轴上的距离、V_z表示中心轴上的电位、V_z′表示V_z对z的微分值、′符号表示对z的微分值、r表示从带电粒子束到中心轴的距离并且是z的函数、r′表示r对z的微分值。

但是，如上所述，以往的减速型静电透镜的球面像差系数是磁场型透镜的球面像差系数的大约8.3倍，不能得到与磁场型透镜相比的透镜性能。

另一方面，如果采用使提供给所述中间电极的电压为正电压的加速型静电透镜，则虽然其轨道沿透镜的整个范围与中心轴的距离一边逐渐变小一边聚束，可以使透镜的球面像差系数减小，但是为了得到这种特性，例如，在使50kV的电子聚焦的情况下，需要向中间电极施加大约10倍的电压(500kV)等，存在超出实用范围的问题。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的发明者着眼于带电粒子的轨道并对其进行控制，从而非常有效地降低了透镜的球面像差系数或施加电压，目的在于提供一种带电粒子束用静电透镜，通过最大限度地利用静电透镜具有紧凑性或轻便性的优点，并通过解决像差性能或施加电压的问题，使得所述带电粒子束用静电透镜即使作为对物透镜等也能够实用化，进而实现具有把所述带电粒子束用静电透镜作为对物透镜的小型、轻便的SEM等装置。

即，本发明的带电粒子束用静电透镜具有并排设置在中心轴上的多个电极，其特征在于，利用所述电极中的设置在带电粒子入射侧的多个电极，形成有第一电场区域和第二电场区域，所述第一电场区域使带电粒子的轨道半径缩小，以便不会在中途超出作为入射时轨道半径的初始轨道半径，所述第二电场区域向通过了所述第一电场区域的带电粒子提供朝向与所述中心轴平行方向前进的力，并且利用所述电极中的设置在出射侧的多个电极形成有第三电场区域，所述第三电场区域使带电粒子的轨道半径不会在中途超出所述初始轨道半径，且使带电粒子的轨道弯曲，并以比所述带电粒子从所述第二电场区域出射时的相对于中心轴的轨道角度大的角度，使所述带电粒子的轨道与中心轴相交。