[發(fā)明專利]帶電粒子束用靜電透鏡

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980110865.0
• 申請(qǐng)日: 2009-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN101981650A
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小野口彰;大堀謙一;松本浩一;粟田正吾;大橋聰史
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社堀場(chǎng)制作所
• 主分類號(hào): H01J37/12
• 分類號(hào): H01J37/12
• 代理公司: 北京信慧永光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 李雪春;武玉琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于SEM(掃描電子顯微鏡)或離子槍等的帶電粒子聚束用的靜電透鏡。

背景技術(shù)

以往，公知的用于SEM或離子槍等的電子透鏡是磁透鏡和專利文獻(xiàn)1、2(專利文獻(xiàn)1：日本專利公開公報(bào)特開平10-241616號(hào)、專利文獻(xiàn)2：日本專利公開公報(bào)特開2000-340152號(hào))所示的靜電透鏡。前者的磁透鏡雖然能減小像差，但由于受到磁極形狀的限制，所以難以小型化或輕便化。另一方面，后者的靜電透鏡雖然在小型化或輕便化方面具有優(yōu)勢(shì)，但減速型難以減小像差，而加速型由于必須向電極施加高電壓，所以不容易進(jìn)行耐壓設(shè)計(jì)。

例如，在以往的三電極減速型單電位靜電透鏡的情況下，如果對(duì)焦距F進(jìn)行透鏡設(shè)計(jì)，使球面像差系數(shù)C_S、色像差系數(shù)C_C等為最小，則可以得到C_S＝7.1×F。并且，如果電子的加速電壓V_A＝5kV、焦距F＝5mm、圖9中的各貫通孔的半徑R＝4.54mm、電極之間的間隔s＝中間電極厚度t＝2.27mm，則在透鏡電極電壓為-8250V條件下，可以得到C_S＝35.54mm。

如果將該值(C_S＝35.54mm)與孔徑為10mm、磁極之間間隙為5mm的同一焦距的強(qiáng)勵(lì)磁磁場(chǎng)型透鏡的C_S＝4.3mm進(jìn)行比較，則減速型靜電透鏡的球面像差系數(shù)為磁場(chǎng)型透鏡的球面像差系數(shù)的大約8.3倍。

減速型靜電透鏡的球面像差系數(shù)變大是由于：當(dāng)與中心軸保持距離r0并行入射的電子依次通過入射側(cè)電極V1、中間電極V2和出射側(cè)電極V3時(shí)，受到這些電極的作用(電場(chǎng)力)，如圖9所示，在入射側(cè)電極v1和中間電極v2之間，電子e向離開中心軸m的方向前進(jìn)，在離開中心軸m的距離r為最大之后，一邊描繪朝向中心軸m或者是接近中心軸m的山形軌跡，一邊進(jìn)行聚束。從以下算式(1)所確定的球面像差系數(shù)Cs的計(jì)算公式中，也可以看出如果r變大則球面像差系數(shù)Cs也變大。

算式(1)

其中，F(xiàn)表示焦距、z表示中心軸上的距離、V_z表示中心軸上的電位、V_z′表示V_z對(duì)z的微分值、′符號(hào)表示對(duì)z的微分值、r表示從帶電粒子束到中心軸的距離并且是z的函數(shù)、r′表示r對(duì)z的微分值。

但是，如上所述，以往的減速型靜電透鏡的球面像差系數(shù)是磁場(chǎng)型透鏡的球面像差系數(shù)的大約8.3倍，不能得到與磁場(chǎng)型透鏡相比的透鏡性能。

另一方面，如果采用使提供給所述中間電極的電壓為正電壓的加速型靜電透鏡，則雖然其軌道沿透鏡的整個(gè)范圍與中心軸的距離一邊逐漸變小一邊聚束，可以使透鏡的球面像差系數(shù)減小，但是為了得到這種特性，例如，在使50kV的電子聚焦的情況下，需要向中間電極施加大約10倍的電壓(500kV)等，存在超出實(shí)用范圍的問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問題，本發(fā)明的發(fā)明者著眼于帶電粒子的軌道并對(duì)其進(jìn)行控制，從而非常有效地降低了透鏡的球面像差系數(shù)或施加電壓，目的在于提供一種帶電粒子束用靜電透鏡，通過最大限度地利用靜電透鏡具有緊湊性或輕便性的優(yōu)點(diǎn)，并通過解決像差性能或施加電壓的問題，使得所述帶電粒子束用靜電透鏡即使作為對(duì)物透鏡等也能夠?qū)嵱没M(jìn)而實(shí)現(xiàn)具有把所述帶電粒子束用靜電透鏡作為對(duì)物透鏡的小型、輕便的SEM等裝置。

即，本發(fā)明的帶電粒子束用靜電透鏡具有并排設(shè)置在中心軸上的多個(gè)電極，其特征在于，利用所述電極中的設(shè)置在帶電粒子入射側(cè)的多個(gè)電極，形成有第一電場(chǎng)區(qū)域和第二電場(chǎng)區(qū)域，所述第一電場(chǎng)區(qū)域使帶電粒子的軌道半徑縮小，以便不會(huì)在中途超出作為入射時(shí)軌道半徑的初始軌道半徑，所述第二電場(chǎng)區(qū)域向通過了所述第一電場(chǎng)區(qū)域的帶電粒子提供朝向與所述中心軸平行方向前進(jìn)的力，并且利用所述電極中的設(shè)置在出射側(cè)的多個(gè)電極形成有第三電場(chǎng)區(qū)域，所述第三電場(chǎng)區(qū)域使帶電粒子的軌道半徑不會(huì)在中途超出所述初始軌道半徑，且使帶電粒子的軌道彎曲，并以比所述帶電粒子從所述第二電場(chǎng)區(qū)域出射時(shí)的相對(duì)于中心軸的軌道角度大的角度，使所述帶電粒子的軌道與中心軸相交。