JP2001118536A - 荷電粒子ビーム制御素子および荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 めっきなどの表面処理によって絶縁体上に形
成された電極の表面を高精度に保ちつつ、電極に対し簡
素な構成で電圧印加用配線を接続可能な荷電粒子ビーム
制御素子、およびそれを備えた荷電粒子ビーム装置を提
供すること。 【解決手段】 荷電粒子ビームの軌道または断面形状を
静電界によって制御する荷電粒子ビーム制御素子であっ
て、筒状の絶縁体からなる基体部１１と、基体部１１に
対する表面処理によって該基体部１１の内側面１１ｃに
形成された膜状の導体からなる電極部２１と、電極部２
１の一端２１ａから延在して基体部１１の所定面１３ａ
に表面処理によって形成された導体からなる第１の配線
部２２と、基体部１１の内部を貫いて第１の配線部２２
に達する導体からなる第２の配線部２３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子ビームの
軌道または断面形状を静電界によって制御する荷電粒子
ビーム制御素子、およびそれを備えた荷電粒子ビーム装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、荷電粒子ビームの軌道または
断面形状を静電界によって制御する荷電粒子ビーム制御
素子として、静電偏向器や静電レンズ、スティグメータ
などが知られている。図１０は、従来の静電偏向器１０
０の上面図である。図１０のＡ−Ａ断面，Ｂ−Ｂ断面
は、図１１(ａ)，(ｂ)に示される。

【０００３】静電偏向器１００は、８極の金属電極１０
１が各々、絶縁外筒１０２の内側に固定用ねじ１０３，
１０４で取り付けられたものである（図１０，図１１
(ａ)）。また、各金属電極１０１への電圧印加用配線１
０５は、配線用ねじ１０６（図１１(ｂ)）を用いて金属
電極１０１に直接固定される。この静電偏向器１００に
おいて、各金属電極１０１の内側面１０１ａに囲まれた
空間１０７には、各金属電極１０１への印加電圧に応じ
た静電界が形成される。したがって、空間１０７を中心
軸Ｚに沿って通過する荷電粒子ビームは、空間１０７に
形成された静電界に応じて偏向される。

【０００４】ここで、隣り合う金属電極１０１間の隙間
部分１０８は、一直線の形状ではなく、２度折れ曲がっ
たのち絶縁外筒１０２に到達する形状となっている。こ
れは、空間１０７を通過する荷電粒子ビームから絶縁外
筒１０２の露出部分１０９が直視できないようにするた
めである。この構造により、絶縁外筒１０２の帯電が防
止され、空間１０７内の静電界を各金属電極１０１への
印加電圧に応じて精密に制御することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
静電偏向器１００は、構造が複雑で部品点数が多く、低
コスト化や小型化が難しいという問題があった。また、
静電偏向器１００を構成する８極の金属電極１０１は、
金属製の円筒を絶縁外筒１０２の内側にねじ止めしたの
ち分割したものであるため、その分角精度を高めること
が困難であった。さらに、金属電極１０１の内側面１０
１ａに囲まれた空間１０７の真円度を高めることも難し
かった。

【０００６】そこで近年、上記の金属電極１０１の代わ
りに、めっきなどの表面処理によって絶縁体上に形成さ
れた膜状の電極（めっき電極）を用いることが提案され
た（例えば、特開平２−２４７９６６号公報）。めっき
電極を用いた静電偏向器では、電極のねじ止め固定が不
要であり、部品点数の削減および小型化が図られる。し
かし、めっき電極を用いた静電偏向器において、上記し
た従来の静電偏向器１００と同様、電圧印加用配線をめ
っき電極にねじ止めで直接固定しようとすると、めっき
電極の表面に穴が開いてしまう可能性がある。めっき電
極に穴が開いていると、荷電粒子ビームが通過する空間
内の静電界分布に歪みが生じてしまい、荷電粒子ビーム
に対する偏向制御を高精度に行うことができなくなる。

【０００７】このため、特開平２−２４７９６６号公報
に開示された静電偏向器では、めっき電極が形成された
絶縁体の支持部をめっき電極と共に絶縁外筒の端部から
突出させ、この突出部分に電圧印加用配線を接続させる
ことにより、めっき電極の表面に穴が開かないようにし
ている。しかし、この配線構造は複雑であり、また、突
出部分に接続した電圧印加用配線の被覆（絶縁体）が、
隣り合うめっき電極間の隙間から見えてしまう可能性も
あった。

【０００８】なお、その他の荷電粒子ビーム制御素子
（静電レンズなど）においても、上述した静電偏向器と
同様、めっき電極を用いて構成することが望まれてい
る。そして、この場合でも、めっき電極に対する電圧印
加用配線をどのように接続させるかの工夫が望まれる。
本発明の目的は、めっきなどの表面処理によって絶縁体
上に形成された電極の表面を高精度に保ちつつ、この電
極に対し簡素な構成で電圧印加用配線を接続可能な荷電
粒子ビーム制御素子、およびそれを備えた荷電粒子ビー
ム装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の荷電粒子ビーム
制御素子は、荷電粒子ビームの軌道または断面形状を静
電界によって制御する荷電粒子ビーム制御素子であっ
て、筒状の絶縁体からなる基体部と、基体部に対する表
面処理によって該基体部の内側面に形成された膜状の導
体からなる電極部と、電極部の一端から延在して基体部
の所定面に表面処理によって形成された導体からなる第
１の配線部と、基体部の内部を貫いて第１の配線部に達
する導体からなる第２の配線部とを備えたものである。

【００１０】この荷電粒子ビーム制御素子において、基
体部の内側面に形成された電極部には、この電極部の一
端から延在する第１の配線部と第２の配線部とを介し
て、外部からの電圧が印加される。基体部の内側面に囲
まれた空間には、電極部への印加電圧に応じた静電界が
形成される。この空間を通過する荷電粒子ビームは、空
間内の静電界によって、その軌道または断面形状が制御
される。

【００１１】第１の配線部を基体部の所定面に、第２の
配線部を基体部の内部に配置するため、電極部に対する
配線構造を簡素に構成できる。また、第１の配線部が電
極部の一端に接続されるので、電極部の表面に穴が開く
ことはなく、電極部の表面が高精度に保たれる。したが
って、歪みのない高精度な静電界を空間に形成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を詳細に説明する。 （第１実施形態）まず、第１実施形態（請求項１〜請求
項５に対応）について説明する。

【００１３】第１実施形態は、電子ビームの軌道を制御
し、電子ビームを偏向する静電型の素子（以下「静電偏
向器１０」という）に関する。静電偏向器１０は、絶縁
体からなる円筒部材１１（基体部）の内面の４箇所に、
導体からなる一続きの導電膜(２１〜２４)が形成された
静電４極偏向器である。図１，図２を用い、円筒部材１
１の具体的な構造および導電膜(２１〜２４)の配置につ
いて説明する。図１は静電偏向器１０の上面図である。
なお、図１において静電偏向器１０の一部分１０ａは断
面図となっている。また、図１のＡ−Ａ断面，Ｂ−Ｂ断
面は図２(ａ)，(ｂ)に示される。図１の一部分１０ａ
は、図２(ａ)のＣ−Ｃ断面に相当する。

【００１４】さて、円筒部材１１には、円形断面を有す
る開口１２と、Ｌ字断面を有する４つの折り返し溝１３
（溝部）とが設けられる。これら開口１２および各折り
返し溝１３は、円筒部材１１の一方の端面１１ａと他方
の端面１１ｂとの間を中心軸Ｚに沿って貫通している。
開口１２は、円筒部材１１の内側面１１ｃに囲まれた空
間に相当する。

【００１５】４つの折り返し溝１３は、開口１２の周り
に９０度間隔で配置され、その一端１３Ａ側で開口１２
と連通している。この連通部分により円筒部材１１の内
側面１１ｃは４つの領域に分割される。また、各折り返
し溝１３の他端側１３Ｂは、開口１２を中心軸Ｚに沿っ
て通過する電子ビームから直視できない領域に位置して
いる。

【００１６】さらに、円筒部材１１には、折り返し溝１
３の他端側１３Ｂから半径方向に円筒部材１１の内部を
貫いて外側面１１ｄに達するねじ穴１４（貫通穴）が、
各折り返し溝１３ごとに設けられる。各折り返し溝１３
と各ねじ穴１４との連通部分は、開口１２を通過する電
子ビームから直視できない領域に位置する。上記の構造
を有する円筒部材１１において、その内面は、開口１２
を取り囲む内側面１１ｃと、各折り返し溝１３の内側面
１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、各ねじ穴１４の内側面１４
ａとで構成される。なお、内側面１１ｃは請求項の「基
体部の内側面」に対応し、内側面１３ａは請求項の「基
体部の所定面」に対応する。

【００１７】これら内側面１１ｃ，１３ａ〜１３ｃ，１
４ａのうち、各折り返し溝１３の最奥に位置する内側面
１３ｂは、開口１２を通過する電子ビームから直視でき
ない領域に位置する。そして、この内側面１３ｂは、円
筒部材１１の絶縁体が露出した絶縁部１５である。ま
た、残りの内側面１１ｃ，１３ａ，１３ｃ，１４ａに
は、一続きの導電膜(２１〜２４)が一様に形成されてい
る。

【００１８】絶縁部１５は、円筒部材１１の中心軸Ｚに
沿って、円筒部材１１の一方の端面１１ａから他方の端
面１１ｂまで延在している。このため、一続きの導電膜
(２１〜２４)は、各折り返し溝１３の絶縁部１５によ
り、隣り合う別の導電膜(２１〜２４)と絶縁分離されて
いることになる。このような一続きの導電膜(２１〜２
４)は、円筒部材１１の内面に９０度間隔で４つ配置さ
れる。

【００１９】ここで、一続きの導電膜(２１〜２４)を内
側面１１ｃ，１３ａ，１３ｃ，１４ａごとに分けて考え
ることにする。内側面１１ｃに形成された導電膜２１
は、開口１２を取り囲むように４つ設けられ、開口１２
に静電界を形成する電極として機能する。この導電膜２
１は、請求項の「電極部」に対応する。

【００２０】また、各導電膜２１の一端２１ａから延在
して内側面１３ａに形成された導電膜２２は、導電膜２
１に電圧を印加する配線として機能する。なお、この導
電膜２２には、開口１２を通過する電子ビームから直視
できる領域と直視できない領域とが含まれる。導電膜２
２は、請求項の「第１の配線部」に対応する。さらに、
各導電膜２２の上記直視できない領域から延在して内側
面１４ａに形成された導電膜２３は、導電膜２２と同
様、上記した導電膜２１に電圧を印加する配線として機
能する。この導電膜２３は、請求項の「第２の配線部」
に対応する。

【００２１】なお、上記した各導電膜２１の他端２１ｂ
から延在して内側面１３ｃに形成された導電膜２４、お
よび上記の導電膜２１，２２は、円筒部材１１の中心軸
Ｚに沿って、円筒部材１１の端面１１ａから端面１１ｂ
まで延在している。ここで、上記した静電偏向器１０の
製造過程について説明しておく。まず初めに、一体のセ
ラミック絶縁体を図３(ａ)，(ｂ)の形状に成形し、焼成
する（ブランク加工）。その結果、開口１２と、４つの
折り返し溝１３と、４つのねじ穴１４とを有する円筒部
材１１が得られる。

【００２２】次に、上記の構造を有する円筒部材１１に
対して、無電解めっきによる表面処理を施す。例えば、
下地に無電解ニッケルめっきを施したのち、金めっきを
施す。または、無電解金めっきを直接施す。この表面処
理に当たっては、円筒部材１１の外側面１１ｄにマスキ
ングを行っておくことが好ましい。その結果、円筒部材
１１の内側面１１ｃと、４つの折り返し溝１３の内側面
１３ａ〜１３ｃと、４つのねじ穴１４の内側面１４ａと
に対し、一様に、導電膜２５が形成される（図４(ａ)，
(ｂ)の状態）。

【００２３】次いで、各折り返し溝１３の最奥２６付近
に機械加工または放電加工を施し、内側面１３ｂに形成
された導電膜２５を除去する。その結果、各折り返し溝
１３の内側面１３ｂは絶縁部１５となり（図１）、導電
膜２５が４極に絶縁分離される。このようにして、円筒
部材１１の内面の４箇所に一続きの導電膜(２１〜２４)
が形成された静電４極偏向器（第１実施形態の静電偏向
器１０）が得られる。なお、絶縁部１５の形成は、表面
処理時に内側面１３ｂをマスキングしておくことにより
行ってもよい。

【００２４】この静電偏向器１０において、ねじ穴１４
の内側面１４ａには上記の導電膜２３が形成されている
ため、このねじ穴１４に配線用ねじ１６（図２(ａ)）を
挿入して締結することにより、外部からの電圧印加用配
線１７を導電膜２３に接続することができる。

【００２５】このとき、外部からの電圧印加用配線１７
は、ねじ穴１４の導電膜２３と折り返し溝１３の導電膜
２２とを介して、内側面１１ｃの導電膜２１に接続され
たことになる。この接続状態で、外部から導電膜２１に
対し所定の電圧を印加することにより、開口１２には所
定の静電界が形成される。

【００２６】その結果、開口１２を中心軸Ｚに沿って通
過する電子ビームは、開口１２に形成された静電界に応
じて、所定方向へ所定距離だけ偏向される。以上説明し
たように、第１実施形態の静電偏向器１０によれば、配
線用の導電膜２２を折り返し溝１３の内側面１３ａに、
また、配線用の導電膜２３をねじ穴１４の内側面１４ａ
（円筒部材１１の内部）に配置したため、電極用の導電
膜２１に対する配線構造の簡素化が図られる。

【００２７】また、導電膜２１に対する配線構造のため
の特別なスペースを割く必要がなく、静電偏向器１０を
小型化できる。さらに、電極用の導電膜２１を形成する
ときに、同時に配線用の導電膜２２，２３も形成できる
ため、製造コストを低減できる。また、配線用ねじ１６
で締結するだけで簡単に、電圧印加用配線１７と、電極
用の導電膜２１との導通を確保することができる。な
お、電圧印加用配線１７の着脱も自在となる。

【００２８】さらに、配線用の導電膜２２が電極用の導
電膜２１の一端２１ａに接続されるので、電極用の導電
膜２１の表面に穴が開いたりすることはなく、導電膜２
１の表面（電極面）が高精度に保たれる。したがって、
歪みのない高精度な静電界を開口１２に形成できる。ま
た、ねじ穴１４と折り返し溝１３との連通部分（導電膜
２３と導電膜２２との接続部分）が、開口１２を通過す
る電子ビームから直視できない領域に位置しているた
め、開口１２に、より精度の高い静電界を生じさせるこ
とができる。

【００２９】さらに、静電偏向器１０では、開口１２を
通過する電子ビームから絶縁部１５が直視できない構造
としたので、絶縁部１５の帯電が防止され、開口１２内
の静電界を各導電膜２１への印加電圧に応じて精密に制
御することができる。また、電圧印加用配線１７を円筒
部材１１の外側面１１ｄから導電膜２３に接続するの
で、開口１２を通過する電子ビームから電圧印加用配線
１７の被覆が見えることもない。

【００３０】（第２実施形態）次に、第２実施形態（請
求項１〜請求項５，請求項７に対応）について説明す
る。第２実施形態の静電偏向器３０（図５）は、上記し
た第１実施形態の静電偏向器１０と同様、円筒部材３６
の内面の４箇所に、一続きの導電膜(３１〜３４)が形成
された静電４極偏向器である。

【００３１】円筒部材３６の構造は、上記した円筒部材
１１と同じであり、開口１２と、４つの折り返し溝１３
と、４つのねじ穴１４とが設けられる。また、円筒部材
３６の内面のうち、各折り返し溝１３の最奥に位置する
内側面１３ｂは上記と同様の絶縁部１５であり、残りの
内側面１１ｃ，１３ａ，１３ｃ，１４ａに一続きの導電
膜(３１〜３４)が形成される。

【００３２】第２実施形態の静電偏向器３０の特徴は、
一続きの導電膜(３１〜３４)にある。この一続きの導電
膜(３１〜３４)は、図５に示されるように、内側面１１
ｃ上の導電膜３１に高精度加工が施され（後述する）、
内側面１３ａ，１３ｃ，１４ａ上の導電膜３２〜３４の
膜厚が厚くなっている。ここで、静電偏向器３０の製造
過程について説明する。

【００３３】まず初めに、上記した第１実施形態と同様
のブランク加工により（図６(ａ)）、開口１２と、４つ
の折り返し溝１３と、４つのねじ穴１４とを有する円筒
部材３６を得る（図３も参照）。次に、得られた円筒部
材３６に対して、無電解めっきによる表面処理を厚めに
施す。その結果、円筒部材３６の内側面１１ｃと、４つ
の折り返し溝１３の内側面１３ａ〜１３ｃと、４つのね
じ穴１４の内側面１４ａとに対し、一様に、厚い導電膜
３５が形成される（図６(ｂ)の状態）。この表面処理に
当たっては、導電膜３５の膜厚を厚くするため、下地に
無電解ニッケルめっきを施したのち、金めっきを施すこ
とが好ましい。

【００３４】次いで、各折り返し溝１３の最奥２６付近
に機械加工または放電加工を施し、内側面１３ｂに形成
された導電膜３５を除去する。その結果、各折り返し溝
１３の内側面１３ｂは絶縁部１５となり（図６(ｃ)の状
態）、導電膜３５が４極に絶縁分離される。すなわち、
円筒部材３６の内面の４箇所に一続きの導電膜(３１〜
３４)が形成される。

【００３５】そして最後に、円筒部材３６の内側面１１
ｃに形成された導電膜３１に対し、機械加工または放電
加工による高精度加工を施す。具体的には、導電膜３１
の表面（電極面）に対する高精度加工により、開口１２
の真円度、直径、偏心を調整する。さらに、導電膜３１
の一端３１ａおよび他端３１ｂ（電極分割部分）に対す
る高精度加工により、それぞれの座標を調整する。

【００３６】したがって、第２実施形態の静電偏向器３
０（図５）によれば、電極用の導電膜３１の分角精度を
高めることができると共に、導電膜３１の表面の真円度
を高めることもできる。その結果、開口１２に高精度な
静電界を形成することができる。ところで、一般に、焼
成前のセラミック絶縁体は加工しやすいが、焼成時に伸
縮するため、円筒部材３６自体に高い寸法精度が期待で
きない。また、表面処理の段階で、導電膜３１の一端３
１ａおよび他端３１ｂの座標を正確に制御することも非
常に難しい。

【００３７】このため、予め厚めの表面処理を行ってお
き、この表面処理後に導電膜３１を高精度加工する第２
実施形態によれば、容易かつ低コストで、分角精度が高
く表面の真円度も高い高精度な電極用の導電膜３１が得
られる。なお、上記した第１実施形態および第２実施形
態では、ねじ穴１４を折り返し溝１３に貫通させ、ねじ
穴１４の内側面１４ａの導電膜（２３，３３）を折り返
し溝１３の内側面１３ａの導電膜（２２，３３）に導通
させる配線構造の例を説明したが、配線構造はこの構成
に限らない。

【００３８】例えば、円筒部材（１１，３６）の端面１
１ａに電極用の導電膜（２１，３１）から延在する新た
な導電膜を形成し、かつ、端面１１ａと外側面１１ｄと
の間を貫通するＬ字型のねじ穴を設け、このＬ字型のね
じ穴の内側面に形成した導電膜を端面１１ａの導電膜に
導通させる配線構造でもよい（請求項６）。また、上記
した実施形態では、電子ビームの軌道を制御する素子
（静電偏向器１０，３０）について説明したが、これら
と同じ構成のものにおいて、各導電膜（２１，３１）に
印加する電圧の極性を変えることで、電子ビームの断面
形状を制御して整形するスティグメータ（非点収差補正
器）として使用することができる。

【００３９】（第３実施形態）次に、第３実施形態（請
求項１〜請求項３，請求項６に対応）について説明す
る。第３実施形態は、電子ビームの断面形状を制御し、
電子ビームを集束する静電型の素子（以下「静電レンズ
４０」という）に関する。

【００４０】静電レンズ４０は、図７の断面図に示され
るように、３枚の電極部４１，４２，４３を中心軸Ｚに
沿って順に配置した回転対称型の静電レンズである。３
枚の電極部４１〜４３は筒状体４４の中に収納されてい
る。

【００４１】ここで、静電レンズ４０を構成する中央の
電極部４２について説明する。図８は電極部４２の上面
図である。また、図７に示される電極部４２は、図８の
Ａ−Ａ断面に相当する。電極部４２は、絶縁体からなる
円筒部材４５（基体部）に、導体からなる一続きの導電
膜(５１〜５４)が形成されたものである。

【００４２】まず、円筒部材４５の構造について説明す
る。円筒部材４５には、円形断面を有する開口４６が設
けられる。開口４６は、円筒部材４５の一方の端面４５
ａと他方の端面４５ｂとの間を中心軸Ｚに沿って貫通し
ている。開口４６は、円筒部材４５の内側面４５ｃに囲
まれた空間に相当する。さらに、円筒部材４５には、そ
の一方の端面４５ａから円筒部材４５の内部を貫いて外
側面４５ｄに達するＬ字型のねじ穴４７（貫通穴）が設
けられる。

【００４３】次に、上記の構造を有する円筒部材４５に
形成された一続きの導電膜(５１〜５４)について説明す
る。円筒部材４５の内側面４５ｃに形成された導電膜５
１は、開口４６に静電界を形成する電極として機能す
る。この導電膜５１は請求項の「電極部」に対応し、内
側面４５ｃは請求項の「基体部の内側面」に対応する。
また、導電膜５１の一端５１ａから延在して端面４５ａ
に形成された導電膜５２は、導電膜５１に電圧を印加す
る配線として機能する。導電膜５２は、請求項の「第１
の配線部」に対応し、端面４５ａは請求項の「基体部の
所定面」に対応する。

【００４４】さらに、導電膜５２から延在して、ねじ穴
４７の内側面４７ａに形成された導電膜５３は、導電膜
５２と同様、上記した導電膜５１に電圧を印加する配線
として機能する。この導電膜５３は、請求項の「第２の
配線部」に対応する。このように構成された電極部４２
は、上述した第１実施形態の静電偏向器１０と同様の過
程を経て製造される。すなわち、初めに、一体のセラミ
ック絶縁体を成形したのち焼成し、開口４６およびねじ
穴４７が形成された円筒部材４５を得る。そして、上記
の構造を有する円筒部材４５に対して、無電解めっきに
よる表面処理を施す。その結果、円筒部材４５の内側面
４５ｃおよび端面４５ａ，４５ｂと、ねじ穴４７の内側
面４７ａとに対し、一続きの導電膜(５１〜５４)が形成
され、電極部４２が完成する。

【００４５】この電極部４２において、ねじ穴４７の内
側面４７ａには上記の導電膜５３が形成されているた
め、このねじ穴４７に配線用ねじ５６を挿入して締結す
ることにより、外部からの電圧印加用配線５７を導電膜
５３に接続することができる。このとき、外部からの電
圧印加用配線５７は、ねじ穴４７の導電膜５３と端面４
５ａの導電膜５２とを介して、内側面４５ｃの導電膜５
１に接続されたことになる。この接続状態で、外部から
所定の電圧を導電膜５１に対して印加することにより、
開口４６に、導電膜５１への印加電圧に応じた所定の静
電界を形成させることができる。

【００４６】なお、静電レンズ４０を構成する外側の２
枚の電極部４１，４３は、全体が金属にて構成され、そ
れぞれ開口４８，４９を有する。電極部４１，４３で
は、開口４８，４９を取り囲む内側面４１ａ，４３ａに
位置する金属部分が、開口４８，４９に静電界を形成す
る電極として機能する。上記のように構成された静電レ
ンズ４０において、例えば、中央の電極部４２の導電膜
５１に対して所定の電圧（≠０）を印加し、外側の電極
部４１，４３をゼロ電位に設定することで、開口４８，
４６，４９を中心軸Ｚに沿って通過する電子ビームを集
束させたり発散させたりすることができる。

【００４７】以上説明したように、第３実施形態の静電
レンズ４０によれば、配線用の導電膜５２を円筒部材４
５の端面４５ａに、また、配線用の導電膜５３をねじ穴
４７の内側面４７ａ（円筒部材４５の内部）に配置した
ため、電極用の導電膜５１に対する配線構造の簡素化が
図られる。また、導電膜５１に対する配線構造のための
特別なスペースを割く必要がなく、静電レンズ４０を小
型化できる。

【００４８】さらに、電極用の導電膜５１を形成すると
きに、同時に配線用の導電膜５２，５３も形成できるた
め、製造コストを低減できる。また、配線用ねじ５６で
締結するだけで簡単に、電圧印加用配線５７と、電極用
の導電膜５１との導通を確保することができる。なお、
電圧印加用配線５７の着脱も自在となる。

【００４９】さらに、配線用の導電膜５２が電極用の導
電膜５１の一端５１ａに接続されるので、電極用の導電
膜５１の表面に穴が開いたりすることはなく、導電膜５
１の表面（電極面）が高精度に保たれる。したがって、
歪みのない高精度な静電界を開口４６に形成できる。ま
た、配線用の導電膜５３と導電膜５２との接続部分が、
開口４６を通過する電子ビームから直視できない領域に
位置しているため、開口４６に、より精度の高い静電界
を生じさせることができる。

【００５０】さらに、電圧印加用配線５７を円筒部材４
５の外側面４５ｄから導電膜５３に接続するので、開口
４６を通過する電子ビームから電圧印加用配線５７の被
覆が見えることもない。また、中央の電極部４２の円筒
部材４５が絶縁体であるため、この絶縁体が露出してい
る箇所に、外側の電極部４１，４３を隣接させることに
より、３枚の電極部４１〜４３を絶縁分離させることが
できる。このため、電極部４１，４２間および電極部４
２，４３間に、絶縁部材を挟む必要がなくなり、静電レ
ンズ４０の小型化が図られる。

【００５１】なお、第３実施形態の静電レンズ４０を製
造するに当たって、上記した第２実施形態と同様に、円
筒部材４５に対する表面処理を厚めに施し、この表面処
理後に導電膜５１を高精度加工することにより、容易か
つ低コストで、表面の真円度が高い高精度な電極用の導
電膜５１が得られる（請求項７）。また、上記した第３
実施形態では、円筒部材４５の端面４５ａに配線用の導
電膜５２を形成すると共に、端面４５ａと外側面４５ｄ
との間を貫通するＬ字型のねじ穴４７を設け、このＬ字
型のねじ穴４７の内側面４７ａに形成した導電膜５３を
端面４５ａの導電膜５２に導通させる配線構造の例を説
明したが、配線構造はこの構成に限らない。例えば、円
筒部材４５の端面４５ａに形成された導電膜５２から延
在する新たな導電膜を形成し、この新たな導電膜を利用
してねじ穴４７の導電膜５３と導通を図る配線構造でも
よい。

【００５２】さらに、上記した第３実施形態では、外側
の電極４１，４３を全体が金属である構成とした静電レ
ンズ４０の例を説明したが、これらの電極部４１，４３
も、中央の電極部４２と同様の構成としてもよい。 （第４実施形態）次に、第４実施形態（請求項１〜請求
項８に対応）について説明する。

【００５３】第４実施形態は、上記した静電偏向器１０
（図１，図２）と静電偏向器３０（図５）と静電レンズ
４０（図７，図８）とを用いた電子ビーム(ＥＢ)検査装
置６０に関する。ＥＢ検査装置６０は、図９に示される
ように、一次コラム６１と、二次コラム６２と、チャン
バー６３とで構成されている。このうち一次コラム６１
は、二次コラム６２の側面に対して斜めに取り付けられ
る。また、二次コラム６２の下部に、チャンバー６３が
取り付けられる。これら一次コラム６１，二次コラム６
２，チャンバー６３は、真空排気系（不図示）のターボ
ポンプにより排気されて、内部の真空状態が維持され
る。

【００５４】ここで、一次コラム６１、二次コラム６２
およびチャンバー６３の構成について各々説明する。 〔一次コラム〕一次コラム６１の内部には、電子銃７１
が配置される。電子銃７１は、陰極から放出された熱電
子を加速すると共に集束し、電子ビームとして出射する
ものである。この電子銃７１の陰極には通常、矩形陰極
で大電流を取り出すことができるランタンヘキサボライ
ト（ＬａＢ₆）が用いられる。

【００５５】また、電子銃７１から出射される電子ビー
ム（以下「一次ビーム」という）の光軸上には、一次光
学系７３と、一次偏向器７４と、アパーチャ７５とが配
置される。一次光学系７３は、上記した静電レンズ４０
（図７，図８）を例えば３段で構成したものである。一
次光学系７３によれば、各静電レンズ４０のレンズ電圧
を最適化することによって、出射電子を損失することな
く、一次ビームの断面を任意の形状（矩形状や楕円形状
などの面状）に整形することができる。

【００５６】また、一次偏向器７４は、上記した静電偏
向器１０（図１，図２）または静電偏向器３０（図５）
にて構成される。一次偏向器７４によれば、一次ビーム
の軌道をＸ方向またはＹ方向に偏向させることができ
る。なお、一次コラムに配置された電子銃７１，一次光
学系７３，一次偏向器７４，アパーチャ７５は、請求項
の「照射手段」に対応する。

【００５７】〔チャンバー〕チャンバー６３の内部に
は、試料６５を載置すると共にＸＹ方向に移動可能なス
テージ７８が設置される。このステージ７８には、所定
のリターディング電圧Ｖｒ（後述する）が印加される。 〔二次コラム〕二次コラム６２の内部には、試料６５か
ら発生する二次ビーム（後述する）の光軸上に、カソー
ドレンズ８１、ニューメニカルアパーチャ８２、ウィー
ンフィルタ８３、第２レンズ８４、フィールドアパーチ
ャ８５、第３レンズ８６、第４レンズ８７、二次偏向器
８８および検出器８９が配置される。

【００５８】このうちカソードレンズ８１は、上記した
静電レンズ４０（図７，図８）と同様の３枚の電極部４
１〜４３にて構成される。この場合、カソードレンズ８
１の下（試料６５側）から１つ目の電極部と２つ目の電
極部とに所定の電圧が印加され、３番目の電極部はゼロ
電位に設定される。

【００５９】ニューメニカルアパーチャ８２は、開口絞
りに相当するもので、上記カソードレンズ８１の開口角
を決定する。その形状は、円形の穴が開いた金属製（Ｍ
ｏ等）の薄膜板である。そして、ニューメニカルアパー
チャ８２は、その開口部がカソードレンズ８１の焦点位
置になるように配置される。このため、ニューメニカル
アパーチャ８２とカソードレンズ８１とは、テレセント
リックな電子光学系を構成する。

【００６０】ウィーンフィルタ８３は、電磁プリズムと
して作用する偏向器であり、ウィーン条件（Ｅ＝ｖＢ。
なお、ｖは荷電粒子の速度、Ｅは電界、Ｂは磁界を表
し、Ｅ⊥Ｂである。）を満たす荷電粒子（例えば二次ビ
ーム）のみを直進させ、それ以外の荷電粒子（例えば一
次ビーム）の軌道を曲げることができる。第２レンズ８
４，第３レンズ８６，第４レンズ８７は、すべて上記し
た静電レンズ４０（図７，図８）にて構成される。

【００６１】フィールドアパーチャ８５は、第２レンズ
８４と第３レンズ８６との間に配置され、光学顕微鏡の
視野絞りと同様、視野を必要範囲に制限している。ま
た、二次偏向器８８は、上記した一次偏向器７４と同様
の二軸偏向可能な静電偏向器である。この二次偏向器８
８によれば、二次ビームの軌道をＸ方向またはＹ方向に
偏向できる。

【００６２】また、検出器８９は、電子を加速増倍する
ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）９３と、電子像を
光学像に変換する蛍光板９４と、光学像を撮像するＴＤ
Ｉ（Time Delay and Integration）アレイＣＣＤセンサ
（以下「ＴＤＩセンサ」という）９５とから構成され
る。なお、蛍光板９４とＴＤＩセンサ９５との間には、
光学リレーレンズ９７が設けられ、蛍光板９４での光学
像を約１／３に縮小してＴＤＩセンサ９５の撮像面に投
影している。また、蛍光板９４と光学リレーレンズ９７
との間には、光学像を透過させる透過窓としてのビュー
ポート９８が配置される。このビューポート９８によっ
て、検出器８９内が真空室と大気室とに分けられてい
る。

【００６３】次に、第４実施形態のＥＢ検査装置６０に
おける一次ビームおよび二次ビームの軌道などについて
順に説明する。 〔一次ビーム〕電子銃７１からの一次ビームは、一次光
学系７３のレンズ作用を受けながら通過して一次偏向器
７４に達する。一次偏向器７４に電圧が印加されないと
き、一次ビームは一次偏向器７４，アパーチャ７５を順
に通過し、ウィーンフィルタ８３の中心部に斜めに入射
する。

【００６４】ウィーンフィルタ８３に入射した一次ビー
ムは、ウィーンフィルタ８３の偏向作用により軌道が曲
げられ、ニューメニカルアパーチャ８２の開口部に到達
する。このとき、一次ビームはニューメニカルアパーチ
ャ８２の開口部で結像する。ニューメニカルアパーチャ
８２とカソードレンズ８１とがテレセントリックな電子
光学系を構成しているため、ニューメニカルアパーチャ
８２の開口部で結像した一次ビームは、カソードレンズ
８１を通過して平行ビームとなり、試料６５の表面に垂
直かつ均一に照射される。すなわち、光学顕微鏡で云う
ケーラー照明が実現される。

【００６５】また、試料６５を載置するステージ７８に
はリターディング電圧Ｖｒが印加され、カソードレンズ
８１と試料６５との間に、一次ビームに対して負の電界
が形成されるため、カソードレンズ８１を通過した一次
ビームは、試料６５の表面に到達するまでに減速され
る。一方、試料６５の表面における一次ビーム照射領域
の形状は、一次光学系７３のレンズ電圧を制御すること
により、任意の形状（矩形状や楕円形状などの面状）に
整形される。また、一次ビーム照射領域のＸＹ位置は、
一次偏向器７４への印加電圧を制御して一次ビームを偏
向させることにより、試料６５上を移動可能である。

【００６６】〔二次ビーム〕試料６５に一次ビームが照
射されると、その照射領域内から、二次電子、反射電
子、または後方散乱電子のうち、少なくとも１種からな
る二次ビームが発生する。この二次ビームは、照射領域
の二次元画像情報を有する。上記のように一次ビームが
試料６５の表面に対し垂直に照射されるので、照射領域
の二次元画像は影のない鮮明な像となる。

【００６７】ここで、試料６５を載置するステージ７８
にはリターディング電圧Ｖｒが印加されているため、試
料６５とカソードレンズ８１との間には、二次ビームに
対して正の電界が形成される。したがって、試料６５か
ら発生した二次ビームは、カソードレンズ８１に向けて
加速される。そして、二次ビームは、カソードレンズ８
１によって集束作用を受け、ニューメニカルアパーチャ
８２を通過すると共に、ウィーンフィルタ８３の偏向作
用も受けずにそのまま直進し、第２レンズ８４を介して
フィールドアパーチャ８５の開口部に結像する。

【００６８】なお、ウィーンフィルタ８３に印加する電
磁界を変えることで、二次ビームから、特定のエネルギ
ー帯を持つ電子（例えば二次電子、反射電子、または後
方散乱電子）のみを選択して通過させることができる。
そして、フィールドアパーチャ８５を通過した二次ビー
ムは、後段に配置された第３レンズ８６と第４レンズ８
７とによって集束や発散を繰り返し、二次偏向器８８を
通過して、検出器８９の検出面に再結像される。

【００６９】さらに、検出器８９の検出面に再結像した
二次ビームは、検出器８９内のＭＣＰ９３を通過する際
に加速増倍され、蛍光板９４で光に変換される。そし
て、蛍光板９４からの光は、光学リレーレンズ９７を介
してＴＤＩセンサ９５の撮像面に結像する。このよう
に、フィールドアパーチャ８５の開口部に得られた照射
領域の中間像は、第３レンズ８６，第４レンズ８７を介
して検出器８９の検出面に拡大投影され、蛍光板９４に
おいて光学像に変換されたのち、ＴＤＩセンサ９５の撮
像面に投影される。

【００７０】検出器８９では、ＴＤＩセンサ９５からの
出力信号に基づいて試料画像を取得し、この試料画像に
対してテンプレートマッチング等を実行することで、試
料６５の欠陥箇所を特定することができる。以上説明し
たように、第４実施形態のＥＢ検査装置６０によれば、
一次光学系７３，一次偏向器７４，カソードレンズ８
１，第２レンズ８４，第３レンズ８６，第４レンズ８
７，二次偏向器８８などの電子ビーム制御素子の小型化
や低コスト化が可能となり、かつ、電子ビーム制御素子
の配線構造の簡素化も図られるため、設計の自由度が拡
大する。さらに、一次ビームおよび二次ビームに対する
軌道の制御を高精度に行うこともできる。

【００７１】なお、上記したＥＢ検査装置６０の二次コ
ラム６２にスティグメータを配置する場合には、上記し
た静電偏向器１０（図１，図２）または静電偏向器３０
（図５）と同じ構成のものをスティグメータとして使用
できる。また、上記した第４実施形態では、一次ビーム
が試料６５に照射されるまでの経路（一次ビーム系）
と、試料６５からの二次ビームが検出器８９に到達する
までの経路（二次ビーム系）とで、カソードレンズ８
１，ウィーンフィルタ８３などを共用したＥＢ検査装置
６０を説明したが、一次ビーム系と二次ビーム系とを各
々独立させて、各々にカソードレンズを備える構成であ
っても良い。

【００７２】さらに、面状に整形した一次ビームを用い
て検査する装置に限らず、スポット状に絞り込んだ一次
ビームを用いて検査する装置にも、本発明は適用でき
る。ＥＢ検査装置に限らず、ＥＢ露光装置やＥＢ描画装
置などの電子ビーム装置にも、本発明は適用できる。ま
た、本発明は、電子ビーム以外の荷電粒子ビーム（イオ
ンビームなど）の軌道を制御する素子や、この素子を用
いた荷電粒子ビーム装置にも適用可能である。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜請求項
８に記載の発明によれば、めっきなどの表面処理によっ
て絶縁体上に形成された電極の表面を高精度に保ちつ
つ、この電極に対し簡素な構成で電圧印加用配線を接続
させることができ、荷電粒子ビーム制御素子および荷電
粒子ビーム装置の小型化，低コスト化と、荷電粒子ビー
ムの軌道制御の高精度化との双方を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の静電偏向器１０の上面図であ
る。

【図２】図１に示す静電偏向器１０のＡ−Ａ断面図
(ａ)、Ｂ−Ｂ断面図(ｂ)である。

【図３】静電偏向器１０の製造過程を説明する図であ
る。

【図４】静電偏向器１０の製造過程を説明する図であ
る。

【図５】第２実施形態の静電偏向器３０の上面図であ
る。

【図６】静電偏向器３０の製造過程を説明する図であ
る。

【図７】第３実施形態の静電レンズ４０の断面図であ
る。

【図８】静電レンズ４０を構成する電極部４２の上面図
である。

【図９】第４実施形態のＥＢ検査装置６０の全体構成を
示す図である。

【図１０】従来の静電偏向器１００の上面図である。

【図１１】図１０に示す静電偏向器１００のＡ−Ａ断面
図(ａ)、Ｂ−Ｂ断面図(ｂ)である。

【符号の説明】 １０，３０ 静電偏向器 １１，３６，４５ 円筒部材 １２，４６，４８，４９ 開口 １３ 折り返し溝 １４，４７ ねじ穴 １５ 絶縁部 １６，５６ 配線用ねじ １７，５７ 電圧印加用配線 ２１，２２，２３，２４，２５，３１，３２，３３，３
４，３５，５１，５２，５３，５４ 導電膜 ４０ 静電レンズ ４１，４２，４３ 電極部 ６０ ＥＢ検査装置 ６１ 一次コラム ６２ 二次コラム ６３ チャンバー ６５ 試料 ７１ 電子銃 ７３ 一次光学系 ７４ 一次偏向器 ７５ アパーチャ ７８ ステージ ８１ カソードレンズ ８２ ニューメニカルアパーチャ ８３ ウィーンフィルタ ８４ 第２レンズ ８５ フィールドアパーチャ ８６ 第３レンズ ８７ 第４レンズ ８８ 二次偏向器 ８９ 検出器 ９３ ＭＣＰ ９４ 蛍光板 ９５ ＴＤＩセンサ ９７ 光学リレーレンズ ９８ ビューポート

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子ビームの軌道または断面形状を
   静電界によって制御する荷電粒子ビーム制御素子であっ
   て、 筒状の絶縁体からなる基体部と、 前記基体部に対する表面処理によって該基体部の内側面
   に形成された膜状の導体からなる電極部と、 前記電極部の一端から延在して前記基体部の所定面に前
   記表面処理によって形成された導体からなる第１の配線
   部と、 前記基体部の内部を貫いて前記第１の配線部に達する導
   体からなる第２の配線部とを備えたことを特徴とする荷
   電粒子ビーム制御素子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の荷電粒子ビーム制御素
   子において、 前記基体部には、該基体部の外側面から内部を貫いて前
   記所定面に達する貫通穴が設けられ、 前記第２の配線部は、前記第１の配線部から延在して前
   記貫通穴の内側面に前記表面処理によって形成された導
   体からなることを特徴とする荷電粒子ビーム制御素子。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の荷電粒
   子ビーム制御素子において、 前記第１の配線部には、前記基体部の内側面に囲まれた
   空間を通過する前記荷電粒子ビームから直視できない領
   域が含まれ、 前記第２の配線部の一端は、前記第１の配線部の前記直
   視できない領域に位置することを特徴とする荷電粒子ビ
   ーム制御素子。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３の何れか１項に記
   載の荷電粒子ビーム制御素子において、 前記基体部には、前記絶縁体が露出した絶縁部を有する
   溝部が設けられ、 前記基体部の内側面には、前記絶縁部によって分離され
   た複数の前記電極部が形成され、 前記複数の電極部各々から延在する前記第１の配線部に
   は、前記溝部に形成された領域が含まれ、 前記第２の配線部の一端は、前記第１の配線部の前記溝
   部に形成された領域に位置することを特徴とする荷電粒
   子ビーム制御素子。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の荷電粒子ビーム制御素
   子において、 前記溝部には、前記基体部の内側面に囲まれた空間を通
   過する前記荷電粒子ビームから直視できない領域が含ま
   れ、 前記複数の電極部を分離する前記絶縁部は、前記溝部の
   前記直視できない領域に設けられることを特徴とする荷
   電粒子ビーム制御素子。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項３の何れか１項に記
   載の荷電粒子ビーム制御素子において、 前記第１の配線部には、前記荷電粒子ビームが前記基体
   部の内側面に囲まれた空間に入射する側または該空間か
   ら出射する側の端面に形成された領域が含まれ、 前記第２の配線部の一端は、前記第１の配線部の前記端
   面に形成された領域に位置することを特徴とする荷電粒
   子ビーム制御素子。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６の何れか１項に記
   載の荷電粒子ビーム制御素子において、 前記電極部は、前記表面処理の後に高精度加工が施され
   たものであることを特徴とする荷電粒子ビーム制御素
   子。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７の何れか１項に記
   載の荷電粒子ビーム制御素子と、 前記荷電粒子ビーム制御素子によって制御された荷電粒
   子ビームを試料に対して照射する照射手段とを備えたこ
   とを特徴とする荷電粒子ビーム装置。