CN101981650B - 带电粒子束用静电透镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透镜性能相对不逊色于磁场型透镜的带电粒子束用静电透镜。利用设置在带电粒子的入射侧的多个电极(V1、V4)形成有第一电场区域(AR1)和第二电场区域(AR2)，所述第一电场区域(AR1)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(AR2)向通过了该第一电场区域(AR1)的带电粒子提供朝向与所述中心轴平行方向前进的力，并且利用设置在出射侧的多个电极(V2、V3)形成有第三电场区域(AR3)，该第三电场区域(AR3)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(AR2)出射时的相对于中心轴(m)的轨道角度大的角度，使所述带电粒子的轨道与中心轴(m)相交。

Description

带电粒子束用静电透镜

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和岀射侧电极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_zˊ表示V_z对z的微分值、ˊ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、rˊ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岀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。

按照这种结构，由于带电粒子不会描绘出比初始入射到该静电透镜内时离开中心轴的距离大的轨道，所以可以防止所述算式（1）中的r变大，并且可以防止球面像差系数Cs变大。此外，由于利用第三电场区域使带电粒子以更大的角度与中心轴相交，来进行聚焦，所以可以使透镜中心（沿初始入射时的带电粒子束前进方向所划的线与焦点上的带电粒子束切线的交点）向焦点一侧移动，从而可以使作为透镜中心和焦点之间距离的焦距变短。如果以这种方式使焦距变短，则可以使所述算式（1）中的焦距F变小，由此，也可以使球面像差系数Cs变小，并且有助于提高分解能。此外，如果该球面像差系数变小，则必然使色像差系数也变小等，从而可以提高透镜性能。在后面叙述的减速型静电透镜结构的情况下，该效果特别显著，另一方面，在加速型静电透镜结构的情况下，降低施加电压的效果十分显著，从而可以大大推进加速型静电透镜的实用化。并且，利用这种效果，也能够把本发明的带电粒子束用静电透镜作为对物透镜等来应用，进而可以实现超小型、轻便的SEM等装置。

特别是在减速型带电粒子束用静电透镜中，优选的是，与中心轴平行入射的带电粒子，在所述第二电场区域中与中心轴基本平行地前进。

可以例举的本发明优选方式是，在所述第二电场区域中的带电粒子的轨道半径是所述初始轨道半径的大约45%~大约60%。这是由于如果比45%小，则焦点难以在所希望位置上，如果超过60%，则不能得到上述降低像差的效果。

用于得到所希望的电场区域而设定的参数，可以例举的是电极的形状、电极之间的距离或电极的施加电压。

将本发明应用于减速型静电透镜时的优选方式是，在中间电极的两侧配置有电位比所述中间电极低的入射侧电极和岀射侧电极，形成三电极减速型静电透镜，并且在所述中间电极和入射侧电极之间，预先配置有电位比所述入射侧电极高的轨道控制电极。只要由所述入射侧电极和轨道控制电极形成所述第一电场区域和第二电场区域，并且由所述轨道控制电极、中间电极和岀射侧电极形成所述第三电场区域即可。而且，在将入射侧电极和岀射侧电极的电位设定为相等的情况下，在这些电极中追加所述中间电极，可以形成减速型单电位静电透镜。

如果所述轨道控制电极的形状是在中心轴方向上内周端部的壁厚比外周一侧厚，并且所述中间电极的形状是在中心轴方向上内周端部的壁厚比外周一侧薄，则在轨道控制电极的内周端部内的空间中，形成使带电粒子束趋向与中心轴平行的平行化电场，即，形成所述第二电场区域，并且，由于尽可能地降低了中间电极对该平行化电场的电场影响，所以可以使第二电场区域最大化，同时有效地促进了带电粒子的轨道平行化。

为了达到同样的目的，也可以考虑使设置在所述轨道控制电极中央的带电粒子贯通孔的孔径比其他三个电极的贯通孔的孔径小。

为了抑制通过了第二电场区域后的带电粒子的发散，优选的是，所述轨道控制电极配置在比所述入射侧电极和所述中间电极的中间位置更靠向入射侧电极的位置上。通过使轨道控制电极和中间电极之间产生的电位坡度减小，可以降低发散作用。

此外，使所述入射侧电极的贯通孔为锥形，其孔径为入射侧小、岀射侧大，或者是使所述岀射侧电极的贯通孔为锥形，其孔径为入射侧大、岀射侧小等，均有助于降低所述的发散作用、或有效地生成平行化电场等。

将本发明应用于加速型静电透镜时的优选方式，可以例举的是，从带电粒子的入射侧开始依次配置有第一级电极和电位比所述第一级电极高的第二级电极，形成所述第一电场区域和第二电场区域，在所述第一级电极和第二级电极的后方，依次配置有电位比所述第二级电极低的入射侧电极、电位比所述入射侧电极高的中间电极、电位比所述中间电极低的岀射侧电极，形成三电极加速型静电透镜，由所述三电极加速型静电透镜形成所述第三电场区域。而且，在把入射侧电极和岀射侧电极的电位设定成相等的情况下，在这些电极中追加所述中间电极，可以形成加速型单电位静电透镜。

按照上述结构的本发明，由于不会使带电粒子的轨道离开其中心轴的距离比初始入射时离开中心轴的距离大（变小），并且也可以将焦距设定为较小，所以可以降低透镜的像差或提高分解能，或者可以促进低电压化，从而可以提供一种与磁场型透镜相比小型、轻便、且在性能方面具有毫不逊色的透镜性能的实用的带电粒子束用静电透镜。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的电子束用减速型静电透镜的示意性结构剖视图。

图2是表示用于验证该实施方式效果的模拟实验模型（实施例）的图。

图3是表示该实施例的电极产生的等电位线的图。

图4是表示该实施例的电子的轨道图。

图5是表示用于验证本发明其他实施方式的电子束用减速型静电透镜效果的模拟实验模型的图。

图6是表示上述模型中的电极产生的等电位线的图。

图7是表示上述模型中的电子的轨道图。

图8是以往的磁场型透镜的示意性结构剖视图。

图9是以往的减速型静电透镜的示意性结构剖视图。

图10是表示用于验证以往的减速型静电透镜效果的模拟实验模型（比较例）的图。

图11是表示该比较例的电极产生的等电位线的图。

图12是表示该比较例的电子的轨道图。

图13是本发明其他实施方式的加速型静电透镜的示意性结构剖视图。

附图标记说明

A····带电粒子束用静电透镜（电子束用减速型静电透镜）

e····带电粒子（电子）

h1····入射侧电极的贯通孔

h2····中间电极的贯通孔

h3····岀射侧电极的贯通孔

h4····轨道控制电极的贯通孔

m····中心轴

n····入射侧电极和中间电极的中间位置

r····电子的轨道半径（离开中心轴的距离）

r0····电子的初始轨道半径

V1····第一级电极（入射侧电极）

V2····第三级电极（中间电极）

V3····第四级电极（岀射侧电极）

V4····第二级电极（轨道控制电极）

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的带电粒子束用减速型静电透镜A的一种实施方式进行说明。

本实施方式的带电粒子束用减速型静电透镜A例如用于扫描电子显微镜（SEM）等光学系统中，如图1所示，将大体圆环形的多个（四个）电极V1~V4配置成使它们的中心轴m一致且同轴分开，该多个电极V1~V4在中央分别具有使作为负电荷带电粒子的电子e通过的贯通孔h1~h4（以下，有时也总称为贯通孔h）。

这些电极V1~V4中的三个，即，入射侧电极V1、中间电极V2和岀射侧电极V3，通过把入射侧电极V1和岀射侧电极V3作为基准电位（例如接地电位）、把中间电极V2作为比它们电位低的负电位，从而形成减速型三电极单电位透镜，这三个电极V1~V3是本静电透镜A的基本构成。

本静电透镜A的特征将在后面进行详细叙述，在所述入射侧电极V1和中间电极V2之间，配置有比入射侧电极电位高的轨道控制电极V4，来灵活地控制电子e的轨道，从而实现减小球面像差等。

首先，对用于提供静电场的各电极V1~V4进行说明。

入射侧电极V1例如通过使贯通中央的贯通孔h1的孔径从入射侧h1a向岀射侧h1b逐渐扩大，从而使内周部分的断面形状为使作为内周边缘的前端V11为逐渐变尖的锥形。如上所述，在本实施方式中，向该入射侧电极V1施加基准电位。

轨道控制电极V4具有在其厚度方向上对称的形状，并且具有贯通中央的贯通孔h4。使轨道控制电极V4的内周部分一侧朝向贯通孔h4壁厚逐渐增加，并且分别使入射侧的内周边缘V41和岀射侧的内周边缘V42呈逐渐变尖的断面形状（以下，也称断面形状为大体梯形）。此外，在本实施方式中，使该轨道控制电极V4的贯通孔h4的孔径比其他电极V1~V3的贯通孔h1~h3的孔径小，并且使贯通孔h4的中心轴方向的长度h4x比贯通孔h1~h3的中心轴方向的长度长很多。此外，将轨道控制电极V4配置在比入射侧电极V1和中间电极V2的中间位置n更靠向入射侧电极V1的位置上。而且，向该轨道控制电极V4施加正电位。

中间电极V2具有沿其厚度方向对称的形状，且具有贯通中央的贯通孔h2。并且，通过使内周部分一侧朝向贯通孔h2壁厚逐渐变薄，使内周边缘V21呈逐渐变尖的断面形状。而且，向该中间电极V2施加负电位。

通过使岀射侧电极V3的贯通中央的贯通孔h3的孔径从岀射侧h3b向入射侧h3a逐渐扩大，从而使内周部分的断面形状为使作为内周边缘的前端V31为逐渐变尖的锥形。在本实施方式中，向该岀射侧电极V3施加与入射侧电极V1相等的基准电位。

下面对上述结构的减速型静电透镜A的动作进行说明。

首先，如果向各电极V1~V4施加电压，则形成例如由图3所示的等电位线表示的电场。更具体地说，其中，利用入射侧的两个电极，即，利用入射侧电极V1和轨道控制电极V4来形成：第一电场区域AR1，使电子e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；以及第二电场区域AR2，向通过了该第一电场区域AR1的电子e提供朝向与所述中心轴m平行的方向前进的力。

此外，利用所述电极中的设置在岀射侧的两个电极，即，利用中间电极V2和岀射侧电极V3，来形成第三电场区域AR3，该第三电场区域AR3使电子e的轨道半径不会在中途超出所述初始轨道半径，并且使电子e的轨道弯曲，以比该电子e从所述第二电场区域AR2出射时的相对于中心轴m的前进角度更大的角度，使该电子e的轨道与中心轴m相交。而且，图3的电场是从后面叙述的模型（图2）中得到的。

在这种状态下，使电子e从离开中心轴m的距离（初始轨道半径）为r0的位置开始，与中心轴m平行地向入射侧电极V1入射。当入射的电子e通过贯通孔h1朝向轨道控制电极V4前进时，电子e受到第一电场区域AR1中的倾斜的加速电场的作用，轨道向内弯曲，电子e以朝向接近中心轴m的方向、即朝向聚束的方向被导入轨道控制电极V4的贯通孔h4内。在此，对电场进行设定，以使被导入该轨道控制电极V4的贯通孔h4时的电子e的轨道半径（r1）为初始轨道半径（r0）的45~60%。

另一方面，在轨道控制电极V4的贯通孔h4内，与第一电场区域AR1相邻形成有第二电场区域AR2（以下也称为平行化电场），该第二电场区域AR2是使电子e的轨道趋向与中心轴m平行的平行化电场。并且，从图4可以明显看出，在与第二电场区域AR2的交界附近、或者是在稍许进入第二电场区域AR2内的区域中，来自第一电场区域AR1的电子e一边朝向接近平行于中心轴m的方向慢慢弯曲，一边前进。此后，仍然从图4可以明显看出，由于在第二电场区域AR2的中心区域中，实质性地排除了来自其前后的电场区域AR1、AR3的电场影响，从而形成电位坡度很小的电场区域，所以在该电场区域中，电子e几乎没有实质性地受到向发散、聚束中的任意一个方向的作用力，电子e沿原来方向前进。而且，在本实施方式中，在平行化电场的终止端部，电子e的轨道与中心轴m大体平行。

由此，从平行化电场出射的电子e进入与第二电场区域AR2相邻的第三电场区域AR3。在该第三电场区域AR3中的从轨道控制电极V4到中间电极V2之间，由于最初形成了具有稍微倾斜的发散作用的减速电场，所以该电子e受到来自该电场的力，并在稍微发散之后，利用从中间电极V2到岀射侧电极V3之间的倾斜的加速电场的影响，朝向所述中心轴m急速转向，并聚焦在中心轴m上的焦点上。

因此，按照这种结构，由于使电子e通过促进聚束的最终阶段、即通过第三电场区域AR3时的轨道离开该中心轴m的距离（r），比该电子e初始入射时离开中心轴m的距离（r0）小，所以可以防止所述算式（1）中的r超过r0，从而可以降低球面像差系数Cs。

此外，在平行化电场中一旦使电子e的轨道处于与中心轴m平行或接近平行的状态后，利用第三电场区域AR3使该轨道向聚束方向弯曲，并以比在平行化电场中的轨道更大的角度，与中心轴m相交，从而使透镜中心与电子e没有在平行化电场内前进的情况相比，向焦点一侧移动，所以可以使焦距F变小，从算式（1）可以明显看出，在这方面也可以促进球面像差系数Cs的降低。而且，由此也能提高分解能。

并且，如果使该球面像差系数减小，则必然使色像差系数也减小等，从而进一步提高了透镜性能。

像差系数Cs的降低也有助于有效地形成平行化电场、或尽可能地控制形成在本透镜A中途的发散电场。也就是说，通过对所述各电极V1~V4的形状（使轨道控制电极V4的断面为梯形、使其他电极V1~V3的内周端逐渐变尖以及使孔径不同等）或间隔（设定成使轨道控制电极V4和中间电极V2之间的距离比入射侧电极V1和轨道控制电极V4之间的距离大等）、电位的设定，例如，尽可能地降低入射侧电极V1和中间电极V2对形成在轨道控制电极V4内周端部内空间的平行化电场的电场影响，所以可以使第二电场区域AR2最大化，并且随之有效地促进带电粒子的轨道平行化。此外，由于使形成在第三电场区域AR3前半部分的发散电场电位坡度变小、或使该等电位线的方向尽可能地与中心轴m垂直等，所以可以降低对电子e的发散作用。

由此，按照本静电透镜A，可以大幅度地降低透镜的像差而不会导致大型化或复杂化，从而可以提供一种透镜性能毫不逊色于磁场型透镜的实用的电子束用减速型静电透镜A。

为了验证以上述方式构成的本实施方式的减速型静电透镜A的效果，进行了如下所示的模拟实验，并对实施例和比较例进行对比。

（1）关于实施例和比较例

用于模拟实验的实施例和比较例如下所示。

电子e的轨道与透镜轴（中心轴m）保持距离r0、并行入射。此外，从Laplace（拉普拉斯）方程式导出近轴电子轨道方程式，并使用Munro（马罗）软件利用计算机对其进行计算，来求出电子的轨道。

实施例

结构：图2所示的结构，向各电极施加的电位如下。

加速电压·······5.0kV

入射侧电极V1····5.0kV

轨道控制电极V4··15.8kV

中间电极V2····-2.47kV

岀射侧电极V3····5.0kV

入射侧电极V1和轨道控制电极V4之间的间隔：3mm

轨道控制电极V4的厚度：0.5mm

轨道控制电极V4和中间电极V2的间隔：5mm

中间电极V2的厚度：2.0mm

中间电极V2和岀射侧电极V3之间的间隔：2mm

入射侧电极V1和岀射侧电极V3的中心之间的距离：13mm

轨道控制电极V4的孔径：2mm

中间电极V2的孔径：6mm

比较例

结构：图10所示的结构，向各电极施加的电位如下。

加速电压·······5.0kV

入射侧电极V1····5.0kV

中间电极V2····-5.555kV

岀射侧电极V3····5.0kV

入射侧电极V1和岀射侧电极V3的中心之间的距离u：7.0mm

各贯通孔h的孔径（2R）：5mm

电极之间的间隔s：2.0mm

中间电极V2的厚度t：2.0mm

（2）模拟实验的结果和分析

（2-1）实施例的模拟实验结果

按照图2所示的电极配置，形成图3所示的电场。

通过该电场的电子描绘出图4所示的轨迹。此时的球面像差系数Cs为6.177mm。

（2-2）比较例的模拟实验结果

按照图10所示的电极配置，形成图11所示的电场。

通过图11所示的电场的电子描绘出图12所示的轨迹。此时的球面像差系数Cs为38.72mm。

（2-3）分析

可以明显地看出能使实施例球面像差系数的值（6.177）减小到比较例球面像差系数的值（38.72）的大约0.16倍，大大接近了在背景技术中说明的磁场型透镜球面像差系数的值（4.3）。因此，可以证实通过控制电子e的轨道，提高了透镜的像差性能，能够提供一种透镜性能毫不逊色于磁场型透镜的减速型静电透镜A。

另外，本发明并不限定于所述实施方式。

在以下的说明中，与所述实施方式对应的组成部分采用相同的附图标记。

例如，虽然使中间电极V2的内周边缘V21为逐渐变尖的形状，但是也可以是沿中心轴m延伸的平坦的圆周面。此外，虽然将轨道控制电极V4配置在比所述中间位置n更靠向入射侧电极V1的位置上，但是也可以配置在该中间位置n上。

为了验证这些效果，制作了图5所示的其他实施例的模拟实验模型，并进行了与上述相同的模拟实验。

向各电极施加的电位如下。

加速电压·······5.0kV

入射侧电极V1····5.0kV

轨道控制电极V4··10.0kV

中间电极V2····-1.72kV

岀射侧电极V3····5.0kV

入射侧电极V1的厚度：1mm

入射侧电极V1和轨道控制电极V4之间的间隔：2mm

轨道控制电极V4的厚度：2mm

轨道控制电极V4和中间电极V2之间的间隔：2mm

中间电极V2的厚度：2.0mm

中间电极V2和岀射侧电极V3之间的间隔：2mm

入射侧电极V1和岀射侧电极V3的中心之间的距离：11mm

轨道控制电极V4的孔径：2mm

中间电极V2的孔径：6mm

按照图5所示的电极配置，形成图6所示的电场。

通过该电场的电子描绘出图7所示的轨迹。此时的球面像差系数Cs为21.43mm。

可以明显地看出能使本实施例球面像差系数的值（21.43）减小到比较例球面像差系数的值（38.72）的大约0.55倍，接近了在背景技术中说明的磁场型透镜球面像差系数的值（4.3）。因此，可以证实通过控制电子e的轨道，降低了透镜的像差，能够提供一种透镜性能相对不逊色于磁场型透镜的减速型静电透镜A。

也可以使带电粒子为电子，使静电透镜为SEM或TEM（透射式电子显微镜）的对物透镜，或使用其他带电粒子（例如正离子或负离子）。例如，在使用正离子的情况下，也可以向各电极施加与上述实施方式正负相反的电压，来用于扫描式离子显微镜等。此外，还可以应用于微聚焦式的X射线管等。

此外，还能够将本发明应用于加速型静电透镜。在这种情况下，如图13所示，可以从带电粒子（电子）的入射侧开始依次配置第一级电极V5和电位比该第一级电极V5高的第二级电极V6，来形成所述第一电场区域和第二电场区域，并且在这些第一级电极和第二级电极的后方，依次配置电位比所述第二级电极低的入射侧电极V1、电位比该入射侧电极V1高的中间电极V2和电位比该中间电极V2低的岀射侧电极V3，来形成三电极单电位加速型静电透镜，从而利用该三电极加速型静电透镜，来形成所述第三电场区域。

按照这种结构，由于利用第一、第二级电极V5、V6（第一、第二电场区域），使电子轨道倾斜，并且可以使电子预先带有角度地入射到后级的三电极加速型静电透镜内，所以可以将向电极施加的电压至少减少到1/2左右，即，需要的加速电压为5倍左右。由此，可以解决绝缘耐压等问题，从而不仅能够将这种加速型静电透镜应用于以往的引出电极，而且还可以应用于SEM等的对物透镜。

此外，本发明并不限定于所述实施方式，可以在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种变形。

Claims (11)

1.一种带电粒子束用静电透镜，在该静电透镜的中心轴上并排设置有多个电极，所述多个电极分别具有使带电粒子通过的贯通孔，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，

通过上述设置，从而降低了透镜的球面像差系数。

2.根据权利要求1所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，与中心轴平行入射的带电粒子，在所述第二电场区域中与中心轴基本平行地前进。

3.根据权利要求2所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，在所述第二电场区域中的带电粒子的轨道半径是所述初始轨道半径的45~60%。

4.根据权利要求1所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，设定电极的形状、电极之间的距离和电极的施加电压中的至少一个，形成所述各电场区域。

5.根据权利要求1所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，

在中间电极的两侧配置有电位比所述中间电极低的入射侧电极和出射侧电极，形成三电极减速型静电透镜，并且在所述中间电极和入射侧电极之间，配置有电位比所述入射侧电极高的轨道控制电极，

由所述入射侧电极和轨道控制电极形成所述第一电场区域和第二电场区域，由所述中间电极和出射侧电极形成所述第三电场区域。

6.根据权利要求5所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，

所述轨道控制电极的形状是在中心轴方向上内周端部的壁厚比外周一侧厚，

所述中间电极的形状是在中心轴方向上内周端部的壁厚比外周一侧薄。

7.根据权利要求5所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，设置在所述轨道控制电极中央的带电粒子贯通孔的孔径比其他三个电极的贯通孔的孔径小。

8.根据权利要求5所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，所述轨道控制电极配置在比所述入射侧电极和所述中间电极的中间位置更靠向入射侧电极的位置上。

9.根据权利要求5所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，所述入射侧电极的贯通孔为锥形，其孔径为入射侧小、出射侧大。

10.根据权利要求5所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，所述出射侧电极的贯通孔为锥形，其孔径为入射侧大、出射侧小。

11.根据权利要求1所述的带电粒子束用静电透镜，其特征在于，

从带电粒子的入射侧开始依次配置有第一级电极和电位比所述第一级电极高的第二级电极，形成所述第一电场区域和第二电场区域，

在所述第一级电极和第二级电极的后方，依次配置有电位比所述第二级电极低的入射侧电极、电位比所述入射侧电极高的中间电极、电位比所述中间电极低的出射侧电极，形成三电极加速型静电透镜，由所述三电极加速型静电透镜形成所述第三电场区域。

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