JPH05334979A - 荷電ビーム用レンズ構体 - Google Patents

荷電ビーム用レンズ構体

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JPH05334979A
JPH05334979A JP4140600A JP14060092A JPH05334979A JP H05334979 A JPH05334979 A JP H05334979A JP 4140600 A JP4140600 A JP 4140600A JP 14060092 A JP14060092 A JP 14060092A JP H05334979 A JPH05334979 A JP H05334979A
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JP
Japan
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lens
electrodes
housing
spacer
spacers
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Withdrawn
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JP4140600A
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English (en)
Inventor
Shigeo Okayama
重夫 岡山
Tadashi Ito
匡 伊藤
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NIPPON DENSHI TEKUNIKUSU KK
Jeol Ltd
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Original Assignee
NIPPON DENSHI TEKUNIKUSU KK
Agency of Industrial Science and Technology
Jeol Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電極の光軸方向位置及び同心度とも高精度な
アライメントを実現する荷電ビーム構体を提供する。 【構成】 円筒状の内面を有するハウジング50内に開
口電極31〜35が配置されている。46は各四極子電
極51〜54間の回転を規制するための通しシャフトで
あり、31〜35は開口電極である。開口電極31〜3
5間には、上面と下面の平行度が高精度となるように製
作された第1のスペーサ36〜39が配置されており、
開口電極31〜35の軸方向位置が規制されている。開
口電極35とハウジング50との間には第3のスペーサ
59によって所定の位置に位置づけられたボール状のセ
ラミック製第2スペーサ44が配置され、開口電極35
は軸方向位置とは独立に、ハウジングに対して高精度で
軸合わせされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は複数の電極または磁極を
備えた荷電ビーム用のレンズ構体に関する。
【0002】
【従来の技術】荷電ビーム装置におけるビーム光学系で
は、各レンズ間の軸合わせ精度及び各レンズを構成する
電極または磁極相互の軸合わせ精度が荷電ビームの集束
特性を大きく左右するため重要である。
【0003】レンズ特性を左右する正確な軸合わせ(ア
ライメント)精度はレンズを構成する電極または磁極の
工作精度のみならず、レンズ構造に大きく依存する。荷
電ビームの飛翔方向を光軸(Z軸)とすると、電子ビー
ムやイオンビーム装置で従来から使用されている荷電ビ
ーム用のレンズの多くは、光軸に対して軸(回転)対称
な形状を有する磁界レンズや電界レンズである。
【0004】図1は電界レンズの一例として、三枚電極
レンズの構造を示したものである。図中、11,12,
13がビーム軸に対して軸対称な電極である。14は中
央電極12を上下の電極から絶縁して電圧を印加できる
ようにするための絶縁リングである。このレンズにおい
ては、電極11,13はアース電位である。中央電極1
2の取り付けにあたっては、絶縁リング14の両端をメ
タライズ処理し、絶縁リング14の一端に熔着された金
属リング15と電極11の一端を嵌合させると共に、絶
縁リング14の他端に同様に熔着された金属リング16
と電極12を嵌合させるようにしている。そして、この
レンズにおいては、それぞれの嵌合部の同心度とそれぞ
れの嵌合部と電極開口部の同心度とによって軸合わせ精
度が規制されている。ここで17は電圧印加用のシャフ
トである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置に
おいては、軸合わせ精度は、幾つかの嵌合部の嵌め合い
精度及び電極や磁極の開口部間の同心度精度に依存し、
これらの嵌合部での誤差の累積によって高精度化の達成
が困難であった。本発明はこのような従来の欠点を解決
し、レンズ極間の間隔を高精度に設定できると共に、各
レンズ極が高精度に軸合わせされた荷電ビーム用のレン
ズ構体を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】そのため本発明は、電極
または磁極となる複数のレンズ極と、円筒状の内面を有
し前記複数のレンズ極を収容するハウジングと、前記複
数のレンズ極間に配置されこれらレンズ極の軸方向の位
置を合わせるための第1のスペーサと、前記ハウジング
の内面と前記レンズ極の円形外周面との間に配置された
ボール状または円柱状の複数の第2のスペーサを備え、
第2のスペーサが前記レンズ極を取り囲んで配置される
ことにより前記レンズ極が前記ハウジングに対して軸合
わせされている荷電ビーム用レンズ構体を特徴としてい
る。
【0007】
【作用】第1のスペーサを前記複数のレンズ極の光軸方
向位置を規定するように複数のレンズ極間に配置させる
と共に、前記第2のスペーサのそれぞれを前記レンズ極
の外周面とハウジングの円筒状内面に接触させるように
配置させる。第1のスペーサを平行度良く所定の厚みで
製作することにより各レンズ極の光軸方向位置が高精度
に規定されると共に、高精度に製作することが容易なボ
ール状または円柱状の第2のスペーサによって光軸方向
の位置合わせとは独立に各レンズ極の同心度を得る。そ
れにより、光軸方向位置合わせ及び軸合わせを共に高精
度に達成する。
【0008】
【実施例】図2は、三枚電極を備えたレンズ構体に本発
明を適用した実施例を示すためのものである。21,2
2,23はビーム軸に対して軸対称な電極である。2
4,25はリング状の第1のスペーサであり、第1のス
ペーサ24,25は絶縁物で形成されている。第1のス
ペーサ24,25は電極間隔を規制するためのスペーサ
としての役割と電極間を絶縁する役割を有している。2
6,27,28は電極相互の同心度を得るための第2の
スペーサであり、ボール状をしている。29はレンズ系
を固定するための筒状ハウジングである。電極21,2
3の電位はアース電位であり、ハウジング29が金属製
である場合には、ボール状の第2のスペーサ26,28
は金属製でもよい。ハウジング29をセラミックなどの
絶縁物で製作することによって、同心度を得るための第
2のスペーサの直径を小さくし、それにより全体の寸法
を小さくすることができる。また、電極の同心度を得る
ための第2のスペーサは、電極の軸合わせのために各電
極につき3個以上必要である。電極に電圧を印加するた
めのリード線等は図示していないが、第2のスペーサの
取付け位置でハウジング29に穴加工を施して取り付け
ることが可能である。
【0009】このような構成において、第1のスペーサ
24,25により各電極21,22,23それぞれの軸
方向位置は高精度に規制される。また、電極21とハウ
ジング29との間の間隙に第2のスペーサ26が双方の
面に接触するように配置され、しかも第2のスペーサ2
6は電極21を取り囲むように3個以上配置されるた
め、電極21の軸方向の位置決めとは独立に軸合わせが
なされる。各電極22,23もそれぞれ第2のスペーサ
27,28によって全く同様に軸合わせされるため、各
電極21,22,23はハウジング29に対して高精度
に軸合わせされる。
【0010】上述した実施例は軸対称レンズ構体に関す
るものであったが、軸非対称レンズ構体に対しても本発
明は適用できる。軸非対称レンズの代表例として四極子
レンズがある。四極子レンズは光軸に平行に4個の電極
や磁極を配置したレンズである。電界あるいは磁界の主
成分が光軸に対して垂直であるため、四極子レンズは強
いレンズ作用が得られることが特徴である。その反面、
一段の四極子レンズは、XZ面では発散(凹)レンズ作
用、YZ面では集束(凸)レンズ作用を有する極端な非
対称レンズである。このため、ビームを軸対称に集束さ
せるには、通常3個以上の四極子を組み合わせた多段レ
ンズ構体とする必要がある。
【0011】四極子レンズ系では、八極子レンズ作用と
組み合わせることによって、一般に、軸対称レンズでは
補正することのできない開口収差(球面収差と同義)を
補正することが可能である。四極子は八極子と組み合わ
せなくとも、四極子と光軸を同じくする開口電極と組み
合わせることによって八極子レンズ作用を励起すること
ができる。
【0012】図3は四極子と開口電極から構成される開
口収差補正レンズ構体に本発明を適用した場合の実施例
を示すものである。このような多段軸非対称レンズで
は、僅かなミスアライメントから残留収差が大きくな
り、また、ミスアライメントに起因する機械的な収差に
よって補正特性が著しく損なわれるため高精度なレンズ
系の実現が不可欠である。
【0013】図3において、31,32,33,34,
35は中央部に開口を有する開口電極である。36,3
7,38,39は四極子電極の位置決めと開口電極の間
隔を規制する第1のスペーサである。この第1のスペー
サはセラミックで形成されており、円筒状をしている。
図3のA−A´断面を示す図4から明らかなように、第
1のスペーサ39はハウジング50の内面に接して8本
備えられている。他の第1のスペーサ36,37,38
も全く同様に8本ずつ備えられている。
【0014】40,41,42,43,44は第2のス
ペーサである。これら第2のスペーサはセラミックで形
成されており、ボール状をしている。図3のB−B´断
面を示す図5から明らかなように、第2のスペーサ44
は第3のスペーサ59に収容されることにより、開口電
極35の外周面とハウジング50の内面に接触するよう
に開口電極35を取り囲んで位置づけられている。上記
接触を可能にするため、第3のスペーサ59の径方向の
幅は第2のスペーサ44の径より小さく設定されてい
る。第2のスペーサ44と同様に第2のスペーサ40,
41,42,43は、それぞれ第3のスペーサ55,5
6,57,58に収容されている。
【0015】第2のスペーサ40,41,42,43,
44は開口電極31,32,33,34,35の同心度
を得るための位置決めと開口電極31,32,33,3
4,35を絶縁するために兼用されている。ハウジング
50に内接して金属製の通しシャフト46,47,4
8,49が四極子電極51,52,53,54の段間の
回転エラーを規制するために設けられている。従って、
前記開口電極35は図5から明らかなように、シャフト
46,47,48,49を通すため切り欠いた形状を有
している。開口電極31,32,33,34も全く同様
である。
【0016】金属製シャフト46,47,48,49の
径と前記第1のスペーサ36,37,38,39の径は
同一にされており、前記図4から明らかなように、金属
製シャフト46,47,48,49と前記8本の第1の
スペーサ39はハウジング50の内面に接触して並んで
配置されている。開口電極34と35の間に配置される
四極子電極54のそれぞれは、隣接し合う第2のスペー
サ39によって形成される凹部に接触する状態で取り付
けられることにより精度良く位置づけられている。他の
四極子電極51,52,53も全く同様に取り付けられ
ている。これら四極子電極51,52,53,54の位
置決めの詳細については、特公昭63−31895号に
開示されている。
【0017】上述した構成において、上面と下面の平行
度が充分なものとなるように第1のスペーサ36,3
7,38,39を製作し、これらを各開口電極の段間に
介在させて開口電極を積層する。その結果、開口電極3
1,32,33,34,35の光軸方向位置は高精度で
規定される。また、開口電極31,32,33,34,
35の円形の外周面とハウジング50の円筒状内面との
間に第2のスペーサ41,42,43,44,45が配
置されるが、第2のスペーサを真球度および寸法公差が
0.1μmより小さくなるように製造することは容易で
あるため、各開口電極31,32,33,34,35は
充分な精度で軸合わせされる。
【0018】なお、上述した実施例は本発明の実施例の
一部に過ぎず、本発明は変形して実施できる。例えば、
上述した実施例は複数の電極を備えた荷電ビーム用レン
ズ構体に本発明を適用した例であったが、複数の磁極を
備えた荷電ビーム用レンズ構体にも本発明は同様に適用
できる。
【0019】また、上述した実施例においては、第2の
スペーサをボール状に形成するようにしたが、このボー
ルと同じ径を有する円筒状に形成するようにしても良
い。また、ハウジングはレンズ構体の為に専用に設けて
も良いし、荷電ビーム装置の鏡筒をハウジングとしても
良い。
【0020】
【発明の効果】第1のスペーサが前記複数のレンズ極の
光軸方向位置を規定するように複数のレンズ極間に配置
されていると共に、前記第2のスペーサを前記レンズ極
の外周面とハウジングの円筒状内面に接触させることに
より前記レンズ極が前記ハウジングに対して軸合わせさ
れるように構成されているため、第1のスペーサを平行
度良く所定の厚みで製作することにより各レンズ極の光
軸方向位置を高精度に規定することができると共に、高
精度に製作することが容易なボール状または円柱状の第
2のスペーサをハウジングとレンズ極との間に介在させ
ることによって、光軸方向とは独立に、ハウジングに対
する各レンズ極の同心度をとるようにしているため、工
作精度や組み立て誤差の累積が生じることがない。その
ため、本発明により、光軸方向及び同心度ともアライメ
ントを高精度に達成する荷電ビーム用レンズ構体を実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】三枚電極を備えた軸対称な従来の荷電ビーム用
レンズ構体の一例を示す図である。
【図2】三枚電極を備えた軸対称な荷電ビーム用レンズ
構体に本発明を適用した実施例を示すための図である。
【図3】四極子と開口電極を備えた軸非対称な収差補正
レンズ構体に本発明を適用した実施例を示すための図で
ある。
【図4】図3のA−A´断面を示すための図である。
【図5】図3のB−B´断面を示すための図である。
【符号の説明】
11,12,13,21,22,23 ビーム軸に対し
て軸対称な電極 14 絶縁リング 15,16 金属リング 17 電圧印加用シャフト 26,27,28,40,41,42,43,44 第
2のスペーサ 29,50 ハウジング 31,32,33,34,35 開口電極 26,27,28,36,37,38,39 第1のス
ペーサ 46,47,48,49 シャフト 51,52,53,54 四極子電極 55,56,57,58,59 第3のスペーサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡山 重夫 茨城県つくば市梅園1丁目1番4 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 伊藤 匡 東京都昭島市武蔵野2丁目6番38号 日本 電子テクニクス株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極または磁極となる複数のレンズ極
    と、円筒状の内面を有し前記複数のレンズ極を収容する
    ハウジングと、前記複数のレンズ極間に配置されこれら
    レンズ極の軸方向の位置を合わせるための第1のスペー
    サと、前記ハウジングの内面と前記レンズ極の円形外周
    面との間に配置されたボール状または円柱状の複数の第
    2のスペーサを備え、第2のスペーサが前記レンズ極を
    取り囲んで配置されることにより前記レンズ極が前記ハ
    ウジングに対して軸合わせされていることを特徴とする
    荷電ビーム用レンズ構体。
JP4140600A 1992-06-01 1992-06-01 荷電ビーム用レンズ構体 Withdrawn JPH05334979A (ja)

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