JPH01296549A - 荷電粒子光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、荷電粒子線装置に係り、特に低収差でかつき
わめて小型化に好適な荷電粒子光学系に関する。

〔従来の技術〕

荷電粒子レンズには、磁界型と静電型がある。

前者は収差が小さいという特徴があるが、コイルを巻い
て磁場を発生するために大型になるという欠点がある。

また、荷電粒子線の質量に比例してレンズ磁場の強さを
大きくする必要があるために、主に電子線装置に用いら
れている。後者は’ｆ（４＋ｔに無関係であり、小型で
あるという特徴があるので、主にイオン線装置に用いら
れているが、収差が大きいという欠点がある。

前者の欠点を補う為に、特開昭５２−６０７２に記載さ
れているように（第２図参照）、永久磁石を用いた磁界
型レンズがある。しかし、このレンズは強さを変えらオ
シないので、従来の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過
型電子顕微鏡（ＴＥＭ）のように加速電圧を変化させて
用いる装置には全く無力であった。

一方、近年電子線記録装置や測長Ｓ　Ｅ　Ｍのように力
Ｕ速電圧を固定で用いる装置が色々現れてきた。

このような装置では、永久磁石を用いた磁界型レンズは
有効であるが、微妙な焦点合わせや磁石強度の経時変化
に対する問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、永久磁石を用いて磁界型レンズの小型
でかつ低収差である特徴を損なうことなく、経時変化の
ような微妙な焦点合わせが可能な荷電粒子レンズを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕 」二記問題点を解決するためには、小型化が容易な静電
レンズを補助レンズとして用いれば可能となる。この場
合、静電レンズのレンズ作用は小さくてよいので、収差
はほとんど影響なく、また印加電圧も低くくてよいので
きわめて小型に構成することができる。

〔作用〕

本発明の原理について第３図により説明する。

今、永久磁石による磁界型レンズ１と静電型レンズ２は
第３図のように構成されているとする。通常はこの磁界
型レンズ１のみで物点３からでた荷電粒子線５は試料４
上に結像されるように設Ｂ１され、製作されている。し
かし、例えば経時変化のためにレンズ作用が弱くなった
とすると、荷電粒子軌道５１となり、試料４」二ではな
い軸上の４１の点に結像することになる。もちろんこの
ズレ基は極めてわずかではあるが、焦点ズレとなり、装
置全体の性能低下となる。ここで、静電型レンズ２を適
当に動作させると、荷電粒子軌道５２となり、試料４上
の４２の点に結像させることかできる。

先に述べたように、この調整量は極めてわずかであるの
で、静電レンズのレンズ作用は小さくてよい。従って、
収差はほとんど生ぜず、また印加電圧も低くくてよいの
で極めて小型に構成することができる。

本発明は、このような考えに基づいてなされたものであ
る。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。電子
銃６から出た電子線５は、レンズ９により試料４上に結
像されている。この電子銃６とレンズ９との間には電子
線５を試料４上で偏向する偏向器や非煮補正器や電子線
５の軸を調整するアライナ等の機能を持つ電子線制御器
１０が配設されている。レンズ９は浮型性磁性体９２．
９３が絶縁性永久磁石９４を挟んだ磁界型レンズと、さ
らに非磁性心電体９１が絶縁物９５を挟んだ９１゜９２
．９３の部材による静電型レンズとが一体になった構造
になっている。静電型レンズは部組９１と９３が接地電
位で、部材９２に電圧を印加することにより動作する。

この静電型レンズは本来補助レンズであるので印加電圧
は低くてよく、絶縁物９５．９４は小型にでき、レンズ
９全体も極めて小型に構成することができる。

また、電子線制御器１０は、磁界型で静電型でも構成す
ることができるが、本実施例では小型化のために静電型
で構成するようにした。この構成を第４図に示す。電子
線５の偏向、非点補正、アライメント等を行うためには
少なくとも８極の電極１０］、〜１０８があれば可能と
なる。即ち、偏向、非点補正、アライメントの各信号を
電気的に加算し、各電極に印加すれば可能となる。また
、部利９３と試料４との間には半導体検出器やマルチチ
ャンネルプレートのような小型の検出器３０が配設され
ている。この検出器により、電子線５が試料に入射した
ときに、試料から出てくる反射電子や二次電子を検出す
ることができる。

また、電子銃６は輝度の最も高い冷陰極電界放射型電子
銃を用いたが、熱電界放射陰極や熱電子銃でも可能であ
る。さらに、小型化が容易な光市子銃やＳ］のｐ−ｎ接
合から電子を放射する半導体電子銃を用いてもよい。以
上のような構成により、極めて小型の電子光学系が構成
できる。

本電子光学系の一応用例として、電子線記録装置に適用
した例を第５図により説明する。この装置は、モータ３
１により回転する円盤３２の上に感電子線記録媒体を表
面にもつ円盤３３がのせられており、第１図に示した電
子光学系３４が支持棒３５により支えられて回転円盤３
２の半径方向に移動可能になっている構成のものである
。これらは真空容器の中に収められている。また、記録
用の円盤３３はこの真空容器から出し入れが可能になっ
ている。記録の原理は光ディスクで行っているものと類
似であり、電子線の記録媒体への照射をオン、オフさせ
る信号も第４図に示した電極に他の信号と電気的に重畳
させて行える。もちろん、本光学系には記録媒体からの
反射電子や二次電子を検出する検出器が搭載されている
ので、記録した情報の読み出しも可能である。

本光学系は、第１図で説明したように小型に構成できる
ので重量も軽く、高速に移動させることが可能である。

電子線は、光に比べてより細く絞れるので、光ディスク
より高密度に記録できる装置を提供できる。

なお、本構成の円盤３２を永久磁石で構成しておき、レ
ンズ９の永久磁石と反発するようにしておけば、本光学
系は磁気浮上型のものにできる。

この場合、さらに高速移動が可能になるばかりではなく
、回転円盤３２の上下移動に対しても本光学系は追随し
て上下するので電子線の焦点ズレはほとんど生じないよ
うにできる。また、本光学系を二個準備して記録と読み
出しを個別に行ってもよいことは循゛うまでもない。本
応用例では記録媒体を円盤にして回転させて行ったが、
四角形にして、本発明の光学系を二次元的に移動させて
行っても可能である。

〔発明の効果〕

以上に述べたごとく、本発明によれば収差の小さな磁界
型レンズは永久磁石で構成し、補助レンズには静電型レ
ンズを用いているので、電子線を非常に細く絞れる極め
て小型の電子光学を作ることができる効果がある。従っ
て、情報の記録装置に応用した場合、高速に記録や読み
出しの可能な高密度記録装置を実現することができる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す光学系の基本構成図の
縦断図、第２図は従来の磁界型レンズの基本構成を示す
縦断面図、第３図は本発明の原理を示すレンズの縦断面
図、第４図は電子線の偏向、非点補正、アライメント等
を行う電子線制御器の基本構成を示す平面図、第５図は
本発明の一実施例である電子線記録装置の基本構成を示
す正面図である。 ］・・・磁界型レンズ、２・静電型レンズ、３・物点、
４　・試料、４１．．４２・・像点、５，５１．５２・
・・電子線、６・・・電子銃、７・・電極、８・・・絞
り、９・・・磁界型と静電型を組み合わせた電子レンズ
、１０・電子線制御器、１１，１２，９２．９３・・磁
路、１．３．９４・・永久磁石、２１，２２，２３，９
２゜９３　電極、２４，２５，９４．．９５　　・絶縁
物、３０・・検出器、１０］。〜１０８・・電極、３１
・・モータ、３２・・回転円盤、３３・・・記録媒体円
盤、３４・・電子光学系、３５・・支持棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、収差の小さな磁界型レンズを永久磁石で形成し、静
   電型レンズを補助レンズとして焦点合わせ用に用いるよ
   うにして複合化したことを特徴とする荷電粒子光学系。 ２、請求項第１項記載の磁界型レンズはリング状の絶縁
   性永久磁石の両端に導電性磁極を設けて形成し、静電型
   レンズは一方の磁極に絶縁物を挟んで非磁性電極を形成
   して該磁極に電圧を印加せしめて形成したことを特徴と
   する荷電粒子光学系。 ３、荷電粒子銃と請求項第２項記載の複合レンズと、荷
   電粒子線の偏向や非点補正や光軸のアライメント等を行
   なう制御器、試料から放出された二次電子や反射電子を
   検出する検出器とからなることを特徴とする荷電粒子光
   学系。 ４、請求項第３項記載の荷電粒子光学系を支持棒により
   移動可能としたことを特徴とする荷電粒子光学系。 ５、請求項第４項記載の荷電粒子光学系を回転円盤上に
   ある感電子記録媒体上で回転方向と直交方向に移動させ
   、荷電粒子線のオン、オフにより所望の情報を記録、再
   生することを特徴とする荷電粒子線記録再生装置。