JPH02230647A - 多極素子及びその製造方法 - 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、特許請求の範囲の請求項ｌの前文に記載した
タイプの多極素子及びその製造方法に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来の電子顕微鏡，電子及びイオンビーム記録装置，イ
オン処理及び注入装置及び電子ビーム測定装置において
は、粒子ビームの集束（ｆｏｕｅｓｓｉｎｇ）用に円形
レンズを使用している。回転対称電界及び（又は）磁界
を生じるこれらのレンズは、収差係数が小さくなるよう
に幾何学的に最適の配列とされている。．レンズ効果を
生じるのに時間に無関係で空間電荷のない回転対称電界
又は磁界を専ら使用する装置では、第３オーダーの球面
収差及び第１オーダー、第１度の軸方向色収差を完全に
補正することは、原理上不可能である。この収差によっ
て解像度が制限され、その補正は、電界又は磁界（以下
「フィールド」という。）に関する制約条件の１つを放
棄しない限り、不可能である。

したがって、非円形像再生装置、すなわちビームを作る
のに多極素子を用いる像再生装置へ転換することは、賢
明である。

例えば、電子顕微鏡の調整手段すなわち無収差装置（ｓ
ｔｉｇｍａｔｏｒ）として、簡単な多極（４極）素子が
使用されている。これらの素子に対しては、フィールド
発生部分（［極，電極）の形状、光輔調整精度及び長（
短）期安定度に関する要求１は、例えば、前後に並べた
数個の強力な集束多極素子より成る収差補正（又は減少
）装置に対するよりはかなり少ない。これらは、互いに
極めて正確に調整されねばならず、互いにずれたり回転
したりしてはならない。しかも、多極素子の真空中に配
置する部分は、表面からガスが漏れてはならず、また１
次ビームによって汚染すなわち荷電してはならない。

「オブティック　６０，第３号（１９８２年）３０７〜
３２６真に開示された電気的磁気的多極素子では、真空
中に配置する部分すなわち磁極，磁極に固着する励磁巻
線及びその電力供給線は、ガス放出面を減らすために合
成樹脂で一体成形されている。しかし、この埋込み技術
には、真空中で何か月もかけて硬化するにも拘らず、合
成樹脂がガスを放出し、収縮し，脆くなり、多極素子の
磁気特性に悪影響を与える欠点がある。しかも、粒子ビ
ームによる荷電を避けるための遮蔽を必要とし、コスト
がかかる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、できるだけ真空中に配置する部分を少
なくした、冒頭に述べたタイプの多極素子を提供するこ
とである。多極素子の製造方法は、特にフィールド発生
体を正確に袈造できるものでなければならない。

〔課題を解決するための手段］ 本発明では、上記の課題を請求項１に記載のように多極
素子を構成すること及び請求項１２に記載の方法に従っ
て製造することにより解決した。

従属請求項には、本発明の好通な具体例を記載した。

本発明の多極素子は、電子ビーム測定装置の光軸（ＯＡ
）に関して対称に配置された偶数のフィールド発生体ｃ
ｐｓ，ｐｓ’）を有する。これらのフィールド発生体は
、リング状取付け部（Ｊ）へ棒状取付け要素（ＰＨ．Ｐ
Ｈ’）によって堅く連結する。電気絶縁材料より成るビ
ーム管（ＳＲ）が光軸（〇八）と同軸的に磁束を通す取
付け部（Ｊ）内に設けられ、このビーム管（ＳＲ）には
、フィールド発生体（ＰＳ．ＰＳ’）に堅《連結される
取付け要素（ＰＨ，ＰＨ’）を受ける気密孔を設ける。

磁極となるフィールド発生体（ＰＳ，ＰＳ’）の励磁用
コイルｃｓｐ．ｓｐ’）は、取付け要素（ＰＨ，ＰＨ’
）のビーム管（ＳＲ）の外側にある部分に配設する。多
極電界を発生させるため、適当な電圧をフィールド発生
体（ＰＳ，ＰＳ’）に加える。すなわち、取付け要素（
ＰＨ，Ｐｌ１’）をヨークとなる取付け部（Ｊ）に設け
た孔に絶縁体（Ｉｓ，Ｉｓ’）を介して通し、一直線に
揃えると共に、取付け要素（Ｐ｝Ｉ，ＰＨ’）にそれぞ
れ電気端子（Ｕ，ＩＪ’）を接続する（＾，Ａ′）。

〔作用） 本発明によれば、電界及び（又は）磁界を発生する部分
のみを真空のビーム管内に配置するので、真空装置が小
さくて済み、真空内に配置される部分の表面積も小さく
なり、粒子ビームの周辺に非導電面がなくなり、機械的
に安定な構造となる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１及び第２図は、それぞれ本発明による異なる具体例
の構造を簡略化して示す断面図である。

第１図の電気及び磁気的多極素子は、電子ビーム測定装
置の解像度を改善するための補正装置に使用するもので
ある。かような素子は、従来より偶数の磁極（フィール
ド発生体）　ｐｓ，ｐｓ’を有する（第１図では、分か
り易くするため、例えば８又は１２個の磁極のうち２個
のみを示してある。）．これらの磁極は、電子ビーム測
定装置の光軸（中心軸）ＯＡに関して対称に配置し、棒
状取付け要素すなわち取付け棒ＰＨ，　ＰＨ　’によっ
て取付け部であるリング状鉄回路（ヨーク）ｊに堅く連
結する。光軸０＾と同軸状にビーム管ＳＲを配置し、該
ビーム管ＳＲは、セラミック又は酸化アルミニウムのよ
うな電気絶縁材料で作り、これに取付け棒円１，Ｐｌｌ
’を通ずための気密孔を設ける。取付け棒円１，Ｐ１１
′は、磁束を通ずヨークＪ内において磁極ＰＳＰＳ′に
ねじ込み、接着又は溶着によって連結する（図は簡略化
してある。）。気密孔の周囲に金属被膜を作り、これを
金属一セラミック接合ずなわら金属キャップにより磁気
材料から成る取付け棒Ｐｌｌ，　Ｐｌ１’にそれぞれ溶
着する。これらは、真空密封体ＶＤ，ＶＤ’　と考える
ことができる。取付け棒Ｐｌ＋，Ｐ｛１′のビーム管Ｓ
ＲとヨークＪとの間にある部分に、磁極ｐｓ，ｐｓ’を
それぞれ励磁するためのコイルｓｐ，ＳＰ′を巻回ずる
。これらのコイルＳｌｙ，ＳＰ’に流す電流１，Ｉ’は
、所望の多極磁界Ｂが真空のビーノ・管ＳＲ内に形成さ
れるように予め設定する。多極電界Ｅを発生させるため
、対応する電圧を磁極ｐｓ，ＰＳ′に加える。そのため
に、取｛１け棒Ｐｌｌ，Ｈ′をヨークＪの穴に絶縁体Ｉ
ｓ，　Ｉｓ’を介して通ずことにより−直線に揃え、こ
れにそれぞれ電気端子Ｕ，Ｕ′を接続して電圧を供給す
る。Ａ，Ａ’は、それぞれその接続点を示す。

ビーム管ＳＲは、導電材料で作ってもよい。すなわち、
真空密封体ＶＤ，ＶＤ’　として特に絶縁体を使用する
場合は、金属で作ることができる。

第２図に示す電気及び磁気的多極素子の具体例では、取
付け棒ＰＨ，ＰＲ’と磁極ｐｓ，ｐｓ’とを電気的に絶
縁している。絶縁物Ｉｓ，Ｉｓ’を付設した磁極ｐｓ，
ｐｓ，’は、接着、又は金属一セラミック接合により取
付け棒ｐｕ，ｐ＋ｉ’に固定する。

１つ以上の多極素子を有する粒子光学装置（以下「多極
光学装置」という。）は、フィールド発生体（磁気的多
極の場合は磁極，電気的多極の場合は電極）を極めて正
確に、すなわち考えられる最小の許容誤差で作った場合
にのみ、所定の要求を満たすものである。したがって、
多極素子の製造に際しては、次の事項に注意する必要が
ある。

１）　各フィールド発生体が同じ形状であること。

２）　各フィールド発生体が光軸ＯＡから同じ距離にあ
ること。

３）隣接するフィールド発生体の間隔が等しいこと。

また、粒子光学装置が数個の多極素子を有する場合は、
それぞれの部品が互いにずれたり回転したりしないよう
同軸的又は方位角的調整を行・う必要がある。

公知の補正装置製造方法では、電気及び磁気的多極素子
を別々に作ってから全体の装置を組立てるので、同軸的
及び方位角的調整が困難である。

しかも、各素子を組立てる際、製造工程に入る前に行う
磁極の調整を狂わさないよう大きな注意を払わなければ
ならない。

第３及び第４図は、それぞれフィールド発生体の製造方
法の例を示す図である。

磁極は、一般にビーム管ＳＲに対向する面が円筒状であ
るので、円筒材料を切削することにより製作できる。し
たがって、本発明による製造方法では、まず複数の多極
素子の原体ＭＰＩ，　ＭＰ２，・・・・，　ＭＰｎを組
立てて多極光学装置の原体を作る。すなわち、各磁極Ｐ
ＳＩ，Ｐｓｉ’，　ＰＳ２．”　＝　，ＰＳｎを別々に
作るのではなく、弱磁性材料より成る円筒体（磁極の原
体）ＺＬＺ２，・・・・．Ｚｎをヨーク内に配置し、こ
れらを取付け棒ＰＨＩ，ＰＨ１’，　ＰＩＩ２．　”　
”　，Ｐｌｌｎにより各ヨークに堅く連結したような形
のものを作る（第３ａ，第３ｂ図参照。これらは、それ
ぞれ数個の４極素子より成る多極光学装置を示す側断面
図及び平面図である。）。磁極に力が加わって調整を狂
わす虐れがある組立て作業の終了後、すなわち、各多極
素子の原体ＭＰＩ，ＭＰ２，・・・・，　ＭＰｎを組立
てて装置全体を作った後に、全円筒体Ｚ１、Ｚ２、・・
・・＋Ｚｎを同じ工程で切離し、磁極Ｐｓｉ　，　Ｐｓ
ｉ　’，　ＰＳ２．　”　・・，　Ｉ’Ｓｎの内側の面
を作成する（第３０及び第３ｄ図参照）。したがって、
各多極素子の原体ＭＰＩ　，　ＭＰ２，・・・・，　Ｍ
Ｐｎを機械的に極めて正確に相対的関係が正しくなるよ
うに調整することができる。勿論、膨張や変形を避ける
ため力を加えない切削方法を使用する。

第４図に示すように、ビーム管ＳＲを上部ＳＲＩ　と下
部ＳＲ２に分け、その間に円筒体２，絶縁体ｉｓ及び取
付け棒ＰＨを一体化したものを入れて接着又は溶着する
こともできる。

本発明は、勿論上述した具体例に限定されるものではな
く、円筒体Ｚｌ，Ｚ２．・・・・，Ｚｎの代わりに予め
作った寸法が大きな原体を使用することも可能である。

電気的多極素子を製作する場合は、ヨークは必要ではな
く、ビーム管から長く突出する棒状の取｛ｉけ要素も不
要である。ずわなち、電界発生電極（これらは、導電材
料又は導電被膜をもつ非導電材料より成る。）へ電圧を
加えるための簡単な接触体があれば、七分である。

（発明の効果） 本発明による効果は、次のとおりである。

１）　フィールド発生体のみ真空内に配するので、真空
装置が小さくて済み、真空内に配される部分の表面積も
小さくなり、ガス放出楢の減少が期待できる。

２）粒子ビームの周辺に非導電面がなくなるので、粒子
ビームによる荷電を回避できる。

３）機械的に極めて安定した構造となる。

４）　フィールド発生体を正確に製造することができる
。

５）シたがって、多極素子の特性が向」ニする。

【図面の簡単な説明】

第１及び第２図はそれぞれ本発明による異なる具体例の
構造を示す簡略断面図、第３及び第４図はそれぞれフィ
ールド発生体の製造方法の例を示す図である。 なお、図面の符号については、特許請求の範囲において
対応する構成要素に付記して示したので、重複記載を省
略する。 代 理 人 松 隈 秀 盛 ＦＩＧ ３ａ ＦＩＧ ３Ｃ ＦＩＧ ＦＩＧ　３ｂ ＦＩＧ　３ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、取付け部（Ｊ）と、該取付け部（Ｊ）の中心軸（Ｏ
   Ａ）に関して対称に配置され、取付け要素（ＰＨ、ＰＨ
   ′）により上記取付け部（Ｊ）に堅く連結された数個の
   フィールド発生体（ＰＳ、ＰＳ′）と、該フィールド発
   生体（ＰＳ、ＰＳ′）の励磁用コイル装置（ＳＰ、ＳＰ
   ′）とを有する多極素子において、 上記フィールド発生体（ＰＳ、ＰＳ′）はビーム管（Ｓ
   Ｒ）内に配置され、該ビーム管（ＳＲ）は、上記取付け
   部（Ｊ）内に同軸状に配置され、上記取付け要素（ＰＨ
   、ＰＨ′）に対する気密孔を具えることを特徴とする多
   極素子。 ２、上記コイル装置は上記フィールド発生体（ＰＳ、Ｐ
   Ｓ′）の数に対応する数のコイル（ＳＰ、ＳＰ′）を有
   し、該コイル（ＳＰ、ＳＰ′）は上記ビーム管（ＳＲ）
   において上記取付け要素（ＰＨ、ＰＨ′）に配設される
   ことを特徴とする請求項１記載の多極素子。 ３、上記ビーム管（ＳＲ）の気密孔に金属キャップが設
   けられ、該金属キャップを各取付け要素（ＰＨ、ＰＨ′
   ）に連結することにより上記ビーム管内の真空が保持さ
   れることを特徴とする請求項１又は２記載の多極素子。 ４、上記取付け要素（ＰＨ、ＰＨ′）は棒状であること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多極
   素子。 ５、上記気密孔は電気絶縁性であることを特徴とする請
   求項１〜４のいずれか１項に記載の多極素子。 ６、上記ビーム管（ＳＲ）は非導電材料より成ることを
   特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多極素
   子。 ７、上記ビーム管（ＳＲ）はセラミック材料より成るこ
   とを特徴とする請求項６記載の多極素子。 ８、上記取付け部（Ｊ）は、上記取付け要素（ＰＨ、Ｐ
   Ｈ′）を通す電気絶縁性の孔を有し、上記取付け要素（
   ＰＨ、ＰＨ′）は、上記フィールド発生体（ＰＳ、ＰＳ
   ′）に電圧を加えるため電気端子（Ｕ、Ｕ′）に接続さ
   れることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記
   載の多極素子。 ９、上記取付け要素（ＰＨ、ＰＨ′）は上記フィールド
   発生体（ＰＳ、ＰＳ′）に電気を絶縁するように連結さ
   れ、上記フィールド発生体（ＰＳ、ＰＳ′）は電気端子
   （Ｕ、Ｕ′）を有することを特徴とする請求項１〜４の
   いずれか１項に記載の多極素子。 １０、上記取付け部（Ｊ）は、リング状構造であって磁
   束を通す材料より成ることを特徴とする請求項１〜９の
   いずれか１項に記載の多極素子。 １１、上記フィールド発生体（ＰＳ、ＰＳ′）は弱磁性
   材料より成ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれ
   か１項に記載の多極素子。 １２、光軸（ＯＡ）に関して対称的に配置される数個の
   フィールド発生体（ＰＳ１、ＰＳ１′、ＰＳ２、・・・
   ・、ＰＳｎ）を有する多極素子の製造方法において、 上記フィールド発生体（ＰＳ１、ＰＳ１′、ＰＳ２、・
   ・・・、ＰＳｎ）の材料より成る原体（Ｚ１、Ｚ２、・
   ・・・、Ｚｎ）を上記ビーム管（ＳＲ）内に配置して保
   持し、該原体（Ｚ１、Ｚ２、・・・・、Ｚｎ）を力が加
   わらないように切削して上記フィールド発生体（ＰＳ１
   、ＰＳ１′、ＰＳ２、・・・・、ＰＳｎ）を作ることを
   特徴とする多極素子の製造方法。 １３、上記フィールド発生体（ＰＳ１、ＰＳ１′、ＰＳ
   ２、・・・・、ＰＳｎ）を上記原体（Ｚ１、Ｚ２、・・
   ・・、Ｚｎ）のワイヤ腐食によって作ることを特徴とす
   る請求項１２記載の方法。 １４、上記フィールド発生体（ＰＳ１、ＰＳ１′、ＰＳ
   ２、・・・・、ＰＳｎ）を円筒状の原体（Ｚ１、Ｚ２、
   ・・・・、Ｚｎ）から切削して作ることを特徴とする請
   求項１２又は１３記載の方法。 １５、上記原体（Ｚ１、Ｚ２、・・・・、Ｚｎ）の数個
   を力が加わらない切削により同時に加工することを特徴
   とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。