(57)【要約】【課題】  隣り合う電極間の放電を抑制し絶縁耐圧に優れた電極を備える荷電ビーム装置を提供する。【解決手段】  電子光学系内の電極であって、セラミックスの筒状基材５２と、筒状基材５２の内周面に沿って形成された金属層ＭＦ２と、筒状基材５２の外周面に設けられた電圧導入端子ＴＭ２と、電圧導入端子ＴＭ２と第１の金属層ＭＦ２とを電気的に接続する配線ＷＲ２と、を含む電極ＥＣ１に、金属層ＭＦ２と電気的に接続され、筒状基材５２の内周面のエッジを覆うように形成された金属層ＭＦ４をさらに設ける。【選択図】  図２
2006139958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電ビームを生成して試料に照射する荷電ビーム生成手段と、
前記荷電ビームを前記試料上で結像させる投影手段と、
セラミックスで形成された筒状基材と、
前記筒状基材の内周面に沿って形成された第１の金属層と、
前記筒状基材の外周面に設けられた電圧導入端子と、
前記電圧導入端子と前記第１の金属層とを電気的に接続する配線と、
前記第１の金属層に接続され、前記筒状基材の前記内周面のエッジを覆うように形成
された第２の金属層と、
を含む電極と、
を備える荷電ビーム装置。
【請求項２】
前記配線は、互いに等しい角度をなすように配置された４Ｎ（Ｎは自然数）本の配線であることを特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム装置。
【請求項３】
荷電ビームを生成して試料に照射する荷電ビーム生成手段と、
前記荷電ビームを前記試料上で結像させる投影手段と、
セラミックスで形成された筒状基材と、
前記筒状基材の内周面に沿って形成され、回転対称レンズの一部をなす第１の金属層
と、
前記筒状基材の中心軸について回転対称をなすように前記セラミックスと一体化されて形成され、前記第１の金属層に電気的に接続するように配設された配線と、
を含む電極と、
を備える荷電ビーム装置。
【請求項４】
前記配線は、互いに等しい角度をなすように配置された４Ｎ（Ｎは自然数）本の配線であることを特徴とする請求項３に記載の荷電ビーム装置。
【請求項５】
前記第１の金属層は、前記配線に対応して前記筒状基材の中心軸について回転対称をなすように互いに等間隔で離隔するように配設された４Ｎ（Ｎは自然数）個の電極片でなる、ことを特徴とする請求項２または４に記載の荷電ビーム装置。
【請求項６】
前記電極片に接続され、前記筒状基材の前記内周面のエッジのうち前記電極片に対応する領域を覆うようにそれぞれ形成された第２の金属層をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の荷電ビーム装置。
【請求項７】
前記筒状基材の前記外周面から前記内周面へ至る領域の少なくとも一部に配置された円環状の第３の金属層をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の荷電ビーム装置。
【請求項８】
前記セラミックスは導電材料を含み、
前記筒状基材の内周面側の体積抵抗率は外周面側の体積抵抗率よりも低いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の荷電ビーム装置。
【請求項９】
前記セラミックスは導電材料を含み、
前記筒状基材の表面側の体積抵抗率は内部の体積抵抗率よりも低いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の荷電ビーム装置。
【請求項１０】
荷電ビームを生成して試料に照射する荷電ビーム生成手段と、
前記荷電ビームを前記試料上で結像させる投影手段と、
導電材料を含むセラミックスで形成された筒状基材と、
前記筒状基材の内周面に沿って形成された金属層と、
前記筒状基材の外周面に設けられた電圧導入端子と、
前記電圧導入端子と前記金属層とを電気的に接続する配線と、
を含み、前記筒状基材の内周面側の体積抵抗率は外周面側の体積抵抗率よりも低い、電極と、
を備える荷電ビーム装置。
【請求項１１】
荷電ビームを生成して試料に照射する荷電ビーム生成手段と、
前記荷電ビームを前記試料上で結像させる投影手段と、
導電材料を含むセラミックスで形成された筒状基材と、
前記筒状基材の内周面に接して形成された金属層と、
前記筒状基材の外周面に設けられた電圧導入端子と、
前記電圧導入端子と前記金属層とを電気的に接続する配線と、を含み、前記筒状基材
の表面側の体積抵抗率は内部の体積抵抗率よりも低い、電極と、
を備える荷電ビーム装置。
【請求項１２】
前記金属層の荷電ビームの光軸方向における長さは、前記配線および前記電圧導入端子の前記光軸方向における長さのいずれよりも長い、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の荷電ビーム装置。
【請求項１３】
前記電極は、
前記荷電ビームの光軸方向における前記筒状基材の外周面端部に設けられた円環状の突条部または溝をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の荷電ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電ビーム装置に関し、例えばＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）、超ＬＳＩ等の半導体装置の製造に使用される荷電ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビーム装置やイオンビーム装置等の荷電ビーム装置は、縮小レンズ、偏向器および非点補正器として、従来、主として磁界型を備えてきたが、近年は静電型を備えるようになってきている。これは、静電型にはヒステリシスが無いために、磁界型と比べて高速動作が可能であり、制御性に優れるという利点が着目されているからである。
【０００３】
この一方、静電型には、電源負荷を低減し、かつ、収差性能を向上させるために、電極の小型化、絶縁耐圧の向上並びに加工および組み立ての高精度化が強く求められるというデメリットがある。例えば静電型偏向器や静電型非点補正器は、４極、８極、１２極という複数の電極から構成されるために、それぞれの電極間を絶縁した上で高精度での組み立てが要求される。特に、静電型レンズには真円度などの加工精度と高電圧下での絶縁耐圧との双方が要求される。
【０００４】
近年、加工精度を向上させるためにセラミックス母材の表面に金属層を形成してこれに電圧を印加する方式が開発されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
また、静電型偏向器については、筒状セラミックスの内壁面の複数箇所に金属層を形成する方式が開発されている。例えば特許文献２には、円筒形状に加工されたセラミックスの内壁面に金属被膜を成膜し、筒状セラミックスの外壁面から内壁面へ向けて貫通孔を設け、この貫通孔に形成された偏向電圧導入端子を介して金属被膜に電圧を印加することにより静電偏向器として動作させる技術が開示されている。
【０００６】
電極の母材となるセラミックス表面へのチャージアップに関しては、僅かに導電性を持つ導電性セラミックスを用いることで改善が図られている。
【０００７】
例えば特許文献３には、複数の円板状の電極を用いた静電レンズにおいて、円板状電極に接触させる電圧導入端子とほぼ同形状のダミー端子を光軸に対称に配設して円板状電極に同様に接触させることにより、当該静電レンズで生成される電界を光軸について対称な分布に近づけて収差を低減する点が開示されている。
【０００８】
しかしながら、従来のセラミックス電極の静電レンズ構成では、セラミックスの外壁面に形成した電圧導入端子から内壁面に形成した金属層へ電圧を印加するための配線が荷電ビームの光軸に対して軸対称となるように配設されていない。このため、光軸上で電界分布の非対称性が発生し、非点収差や歪みが発生するという問題があった。
【０００９】
このように、セラミックス電極には、電圧導入端子で生じる非対称電界がセラミックスを通過してしまうために、電子ビームが受ける影響が大きく、金属電極よりも非点収差や歪みが発生しやすいという特徴がある。例えば特許文献２および３に開示された構成で、レンズを成す金属層と電圧導入端子、およびレンズを成す金属層とダミー端子とを側面からそれぞれ接触させようとすると、光軸から非常に近い位置に電圧導入端子を配置することになる。これにより、組み立て誤差が非常に大きくなり、これに起因して非対称電界が発生し、この結果、非点収差や歪みが発生してしまうために却って実用的でない、という問題があった。
【００１０】
また、筒状セラミックスの内壁面に形成した金属層に高電圧を印加すると、荷電ビームの光軸方向における金属層の端部に電界が集中し、これにより隣り合う電極との間で放電が生じるという問題があった。
【００１１】
この一方、セラミックスの全体に金属層を形成した場合は、電極間を絶縁する構造が複雑化し、部品点数が増加してしまい、組み立ての高精度化や小型化がさらに困難になるという問題があった。
【００１２】
また、セラミックスへのチャージアップによるビームドリフトを改善するために低抵抗の導電性セラミックスを用いると、隣り合う電圧導入端子間での絶縁耐圧が低下してしまい、微小なリーク電流が流れて電圧を不安定にしてしまう、という問題もあった。
【特許文献１】特開２００２−２０３５０４号公報
【特許文献２】特開２００２−２３１１７０号公報
【特許文献３】特開２０００−２２３０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、簡易な構成で非点収差および歪みの発生、並びに隣り合う電極間での放電を抑制する、絶縁耐圧に優れた、電極を備える荷電ビーム装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、以下の手段により上記課題の解決を図る。
【００１５】
即ち、本発明によれば、
荷電ビームを生成して試料に照射する荷電ビーム生成手段と、
前記荷電ビームを前記試料上で結像させる投影手段と、
セラミックスで形成された筒状基材と、
前記筒状基材の内周面に沿って形成された第１の金属層と、
前記筒状基材の外周面に設けられた電圧導入端子と、
前記電圧導入端子と前記第１の金属層とを電気的に接続する配線と、
前記第１の金属層に接続され、前記筒状基材の前記内周面のエッジを覆うように形成
された第２の金属層と、
を含む電極と、
を備える荷電ビーム装置が提供される。
【００１６】
また、本発明によれば、
荷電ビームを生成して試料に照射する荷電ビーム生成手段と、
前記荷電ビームを前記試料上で結像させる投影手段と、
セラミックスで形成された筒状基材と、
前記筒状基材の内周面に沿って形成され、回転対称レンズの一部をなす第１の金属層
と、
前記筒状基材の中心軸について回転対称をなすように前記セラミックスと一体化され
て形成され、前記第１の金属層に電気的に接続するように配設された配線と、
を含む電極と、
を備える荷電ビーム装置が提供される。
【００１７】
また、本発明によれば、
荷電ビームを生成して試料に照射する荷電ビーム生成手段と、
前記荷電ビームを前記試料上で結像させる投影手段と、
導電材料を含むセラミックスで形成された筒状基材と、
前記筒状基材の内周面に沿って形成された金属層と、
前記筒状基材の外周面に設けられた電圧導入端子と、
前記電圧導入端子と前記金属層とを電気的に接続する配線と、
を含み、前記筒状基材の内周面側の体積抵抗率は外周面側の体積抵抗率よりも低い、電極と、
を備える荷電ビーム装置。
【００１８】
さらに、本発明によれば、
荷電ビームを生成して試料に照射する荷電ビーム生成手段と、
前記荷電ビームを前記試料上で結像させる投影手段と、
導電材料を含むセラミックスで形成された筒状基材と、
前記筒状基材の内周面に接して形成された金属層と、
前記筒状基材の外周面に設けられた電圧導入端子と、
前記電圧導入端子と前記金属層とを電気的に接続する配線と、を含み、
前記筒状基材の表面側の体積抵抗率は内部の体積抵抗率よりも低い、電極と、
を備える荷電ビーム装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００２０】
即ち、本発明によれば、荷電ビームの光軸方向における電極端部での電界が緩和されるので、隣り合う電極間での放電を確実に抑制することができる。
【００２１】
また、本発明によれば、第１の金属層に電気的に接続される配線が荷電ビームの光軸に対して回転対称となるように配設されるので、電極の配線により生成される電界も光軸に対して回転対称に分布する。これにより、非点収差や歪みを抑制することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、筒状基材の内周面側と外周面側とで体積抵抗率が異なるので、隣接する電圧導入端子間における絶縁耐性が著しく向上する。
【００２３】
さらに、本発明によれば、筒状基材の表面側と内部とで体積抵抗率が異なるので、隣接する電圧導入端子間における絶縁耐性が著しく向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の各図では同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は必要な場合に限り行なう。
【００２５】
（１）第１の実施の形態
図１は、本発明にかかる荷電ビーム装置の第１の実施の形態を概略的に示すブロック図である。同図に示す電子ビーム描画装置は、電子光学系と制御コンピュータ４１と各種電源ＰＳ１〜１１と２次電子検出器コントローラ４３とを備える。
【００２６】
制御コンピュータ４１は、電源ＰＳ１〜１１および２次電子検出器コントローラ４３を介して装置全体を制御する。各種電源ＰＳ１〜１１は、電子光学系の対応する各構成部分および制御コンピュータ４１にそれぞれ接続され、制御コンピュータ４１から与えられる制御信号に従い、これらの構成部分に電圧を印加する。
【００２７】
２次電子検出器コントローラ４３は、後述する２次電子検出器２３および制御コンピュータ４１に接続され、２次電子検出器２３により検出された２次電子の信号を受け取って処理し、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像を構成する信号の形態で制御コンピュータ４１に伝送する。
【００２８】
電子光学系は、電子ビームＥＢを発生させる電子銃１１と、矩形または円形の開口を有する第１アパーチャ１３と、照明レンズ１５と、矩形開口が設けられた第１成形アパーチャ３１と、投影レンズ３３と、第１成形偏向器１７と、描画パターンに応じて異なる形状の複数のセルアパーチャが形成された第２成形アパーチャ３５と、第２成型偏向器２１と、縮小レンズ３７と、主偏向器２５と、副偏向器２７と、対物レンズ３９と、２次電子検出器２３と、を含む。本実施形態において、電子銃１１は、例えば荷電ビーム生成手段に対応し、第１アパーチャ１３、第１成形アパーチャ３１、投影レンズ３３、第２成形アパーチャ３５、縮小レンズ３７および対物レンズ３９は、例えば投影手段に対応する。
【００２９】
照明レンズ１５は、２個の静電レンズ（アインツェルレンズ）で構成され、電子ビームＥＢの光軸Ａｘ方向における中央の電極へ電源ＰＳ２から負の電圧がそれぞれ印加されて使用され（図６参照）、第１成形アパーチャ３１の開口に対して十分大きく、かつ、必要な大きさのビーム径となるように電子ビームＥＢの倍率を調整する。
【００３０】
第１成形アパーチャ３１を通過した電子ビームＥＢは、第１成形アパーチャ３１を起点とする矩形ビームとして出発し、そのアパーチャ像は投影レンズ３３によって第２成形アパーチャ３５へ投影される。
【００３１】
第１成形偏向器１７は、投影レンズ３３を通過した電子ビームＥＢが第２成形アパーチャ３５の所望のセルアパーチャに入射するように、ＣＡＤデータに従って、電子ビームＥＢを偏向制御する。第２成型偏向器２１は、第２成形アパーチャ３５を通過した電子ビームＥＢをその光軸上に振り戻す。
【００３２】
第１成形偏向器１７、第２成形アパーチャ３５および第２成型偏向器２１を通過した電子ビームＥＢは、第２成形アパーチャ３５を起点とするセルパターンビームとして出発し、光軸上に振り戻された状態で縮小レンズ３７と対物レンズ３９を通過してウェーハＳに縮小投影される。縮小レンズ３７は、第２成形アパーチャ３５を起点とするセルパターン像を縮小させ、対物レンズ３７は、縮小したセルパターン像をさらに縮小してウェーハＳ上に結像させる。
【００３３】
主偏向器２５は、電源ＰＳ９から印加される電圧により、ウェーハＳの描画領域（ストライプ）が走査されるように、電子ビームＥＢの軌道を偏向制御する。副偏向器２７は、上記ストライプ内の領域をさらに細かく分割した描画範囲に対して電子ビームＥＢの照射位置を制御する。
【００３４】
２次電子検出器２３は、対物レンズ３９とウェーハＳとの間に配置され、電子ビームＥＢの照射によりウェーハＳの表面から発生する２次電子を検出する。２次電子検出器コントローラ４３は、検出した信号を処理して制御コンピュータ４１に供給し、この処理信号から制御コンピュータ４１は、ＳＥＭ像を検出し、ビーム調整等の制御に利用する。
【００３５】
上述した電子ビーム描画装置の電子光学系に設けられるレンズおよび偏向器の一部には、本実施形態において特徴的な静電型レンズおよび静電型偏向器が用いられる。以下、これらのレンズおよび偏向器を構成する電極について説明する。
【００３６】
図２は、図１に示す荷電ビーム装置が備える電極を示す斜視図であり、図３は、図２のＡ−Ａ切断面に沿った断面図である。図２および図３に示すセラミックス電極ＥＣ１は、筒状基材５２と、金属層ＭＦ２と、電圧導入端子ＴＭ２と、配線ＷＲ２と、金属膜ＭＦ４とを備える。筒状基材５２は、セラミックスを円筒形状に加工することにより形成される。セラミックスとしては、例えば１０１４Ω・ｃｍの体積抵抗率を有するものを使用できるが、本実施形態では、僅かに導電性を有するように体積抵抗率１０１０Ω・ｃｍのセラミックスが用いられ、これにより、チャージアップによるビームドリフトの問題が低減される。金属層ＭＦ２は、筒状基材５２の内周面に成膜された金属膜であり、その主成分は、例えば膜厚数ミクロンのＡｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｒｕ等のいずれでも良い。本実施形態において、金属層ＭＦ２は、例えば第１の金属層に対応する。電圧導入端子ＴＭ２は、筒状基材５２の外周面に形成される。配線ＷＲ２は、筒状基材５２の外周面において電圧導入端子ＴＭ２が設けられる箇所から筒状基材５２の内周面に向けて設けられた貫通孔を上述した金属で埋め込むようにして形成され、この配線ＷＲ２を介して電圧導入端子ＴＭ２から金属層ＭＦ２に電圧が印加される。
【００３７】
筒状基材５２の内周面のエッジ部には、これを覆って、かつ、金属層ＭＦ２に接するように金属層ＭＦ４が形成され、金属層ＭＦ４は、例えば第２の金属層に対応し、この金属層ＭＦ４により、後述するように、金属層ＭＦ２のエッジ部における電界集中が緩和される。
【００３８】
図４は、図２に示す電極の変形例を示す断面図である。同図に示す電極ＥＣ２では、筒状基材５４の内周面のエッジ部が丸みを有するように加工され、このようなアール付きエッジ部に金属層ＭＦ６が形成され、これにより、さらに電界を緩和できる構造となっている。本変形例においては、金属層ＭＦ６が例えば第２の金属層に対応する。
【００３９】
金属層ＭＦ６による電界緩和の効果について図５乃至７を参照しながら説明する。
【００４０】
図５は、図４に示す電極ＥＣ２を含む３枚の電極により構成された静電型のアインツェルレンズである。このアインツェルレンズは、電極ＥＣ２を中央に配置し、これと同様の態様で形成された電極ＥＣ３，ＥＣ４をそれぞれ電子銃１１側およびウェーハＳ側に配置し、電子ビームＥＢの光軸Ａｘが各円筒基材の中心軸として共通するように並設することにより構成される。
【００４１】
図６は、図５の切断面Ｊ−Ｊに沿った断面図であり、金属層ＭＦ６による電界緩和の効果を説明する図である。同図に示すアインツェルレンズは、プラス側が接地された電源ＰＳのマイナス側が中央の電極ＥＣ２の電圧導入端子ＴＭ２に接続されて数ｋＶのマイナス高電圧が金属層ＭＦ２に印加され、両側の電極ＥＣ３，ＥＣ４の金属層ＭＦ３およびＭＦ４が電圧導入端子ＴＭ３および配線ＷＲ３、電圧導入端子ＴＭ４および配線ＷＲ４をそれぞれ介してグランドに接続されることにより、減速型のアインツェルレンズとなっている。
【００４２】
図６との対比で従来のアインツェルレンズを図７に示す。同図の矢印に示すように、各電極ＥＣ１０２，ＥＣ１０１，ＥＣ１０３の内周面に形成された金属層ＭＦ３，ＭＦ２，ＭＦ４に連続して各内周面のエッジ部に形成される金属層が存在しないため、各電極内周面のエッジ部（電極ＥＣ１０１とＥＣ１０２との間、および電極ＥＣ１０１とＥＣ１０３との間）には強い電界Ｅ９０が集中し、このため、金属層ＭＦ２の（光軸方向）上下のエッジ部から電界放出した電子が放電を誘発してしまい、レンズの動作を不安定にしてしまう。
【００４３】
これとは対照的に、図６に示すアインツェルレンズでは、各電極ＥＣ３，ＥＣ２，ＥＣ４の内周面の金属層ＭＦ３，ＭＦ２，ＭＦ４にそれぞれ接するように各内周面のエッジ部が金属層ＭＦ６で覆われているので、これらのエッジ部への電界集中が矢印Ｅ１０に示されるように、図７に示す従来の電界Ｅ９０と比較して大幅に緩和される。
【００４４】
なお、上述した説明では、セラミックスの筒状基材を含む電極３個を光軸Ａｘの方向に並設した場合について説明したが、例えばセラミックスの筒状基材を含む電極を中央の電極にのみ用い、他の（光軸方向）上下の２個の電極として金属電極を用いることとしても、同様にエッジ部での電界集中を緩和させることができる。
【００４５】
（２）第２の実施の形態
図８は、本発明にかかる荷電ビーム装置の第２の実施の形態が備える電極を示す斜視図であり、図９は、図８のＢ−Ｂ切断面に沿った断面図である。両図に示す電極ＥＣ５の特徴は、筒状基材を構成するセラミックスの体積抵抗率分布に変化を持たせ、内周面側の体積抵抗率が外周面側の体積抵抗率よりも小さくなるように形成した点にある。本実施形態の荷電ビーム装置において静電レンズおよび偏向器を構成する電極以外の構成は図１に示す荷電ビーム装置と実質的に同一である。この点は、以下の実施形態においても同様である。
【００４６】
電子ビーム装置に配設されるセラミックス電極のチャージアップ量は、一様に均一な分布を有するわけではなく、電子ビームの光軸からの距離に応じて変化する。これは、電子ビームＥＢが通過する光軸Ａｘに、より近い位置にあるセラミックスほど、アパーチャなどによって散乱された散乱電子や二次電子が飛来する確率が高いからである。さらに、光軸Ａｘに近い側のセラミックスでチャージアップした電子が形成する電界が電子ビームＥＢへ与える影響も、光軸Ａｘから離れた側のセラミックスからの影響より大きい。単純にクーロンの法則
【数１】
2006139958.tif 000003
で考えると、セラミックス表面のチャージが形成する電界は、光軸Ａｘからの距離ｒの２乗に反比例して小さくなる。
【００４７】
また、セラミックス表面のチャージによる電界は、アインツェルレンズにおいて電位差が大きな複数の電圧導入端子が近接して配設される場合や、互いに近接して配置される電極の電極長が短い場合に、絶縁耐圧が低下するという問題も惹起する。例えば図７に示した従来のアインツェルレンズについて説明すると、中央の電極ＥＣ１０１の外周面に設けられた電圧導入端子ＴＭ２には、マイナスの高電圧が印加され、この一方、その（光軸方向の）上下に配置される電極ＥＣ１０２，ＥＣ１０３の外周面に設けられた電圧導入端子ＴＭ３，ＴＭ４はグランド電位となっているので、各電極の内周面のエッジ部分での上述した電界集中と相俟って近接する電極間での絶縁耐圧が低下する。また、例えば図８に示す電極ＥＣ５のように、光軸方向の電極長（図９の符号ＥＤ５に示す距離）が短い場合は、電圧導入端子の（光軸方向）上下に残存するセラミックスの厚さ（図９の符号ＣＤ５に示す距離）に余裕がないために、隣り合う電極との間で絶縁耐圧が低下するという問題や、微小なリーク電流が流れてしまうことにより電圧が不安定になるという問題がある。
【００４８】
本実施形態の荷電ビーム装置が備える電極ＥＣ５では、チャージアップの問題を解消し、かつ、絶縁耐圧を向上させるため、図８および図９に示すように、筒状基材の内周面側には体積抵抗率が小さいセラミックス５８を使用し、筒状基材の外周面側には体積抵抗率が大きいセラミックス６０を使用して電極を形成している。体積抵抗率の具体例として、セラミックス５８に１０１０Ω・ｃｍ、セラミックス６０に１０１２Ω・ｃｍの体積抵抗率を用いることができるが、内周面側から外周面側に向けて次第に大きくなるような体積抵抗率の分布となるように調整すると、最適である。
【００４９】
（３）第３の実施の形態
図１０は、本発明にかかる荷電ビーム装置の第３の実施の形態が備える電極を示す斜視図であり、図１１は、図１０のＣ−Ｃ切断面に沿った断面図である。前述した第２の実施の形態では、電極の筒状基材を構成するセラミックスの体積抵抗率において内周面側の体積抵抗率が外周面側よりも小さくなるように形成したが、本実施形態の特徴は、筒状基材の表面側の体積抵抗率を内部側よりも小さくなるように形成した点にある。即ち、図１０および図１１に示す電極ＥＣ７の筒状基材は、表面側が例えば体積抵抗率１０１０Ω・ｃｍのセラミックス６２で形成され、内部が例えば体積抵抗率１０１４Ω・ｃｍのセラミックス６４で形成される。より好ましくは、セラミックス最表面層の厚さ数μm以下の領域のみ体積抵抗率が低く形成されると最適である。
【００５０】
（４）第４の実施の形態
筒状基材中に形成された配線は、電圧導入端子から電圧を印加されると、それ自体で電界を形成する。特に配線が１本だけの場合、単一の配線から生じた電界がセラミックス中を通って光軸上に浸み出すと、光軸上の電界に非対称性が発生し、これにより電子ビームＥＢに非点収差や歪みをもたらす。本実施形態の荷電ビーム装置の特徴は、光軸を中心に回転対称となるように配設された４Ｎ（Ｎは自然数）本の配線とセラミックスとを一体化させて形成された筒状基材を含む電極を備える点にある。
【００５１】
図１２は、本発明にかかる荷電ビーム装置の第４の実施の形態が備える電極を示す断面図であり、図１３は、図１２に示す電極の斜視図であり、さらに、図１４は、図１３のＤ−Ｄ切断面に沿った断面図である。図１２の断面図から明らかなように、本実施形態の荷電ビーム装置が備える電極ＥＣ１１では、セラミックスで形成された筒状基材７４と、光軸Ａｘを中心として互いに約９０°の角度をなすように筒状基材７４に設けられた貫通孔に形成され光軸Ａｘに対して回転対称に配設された配線ＷＲ１１ａ〜ＷＲ１１ｄと、これらの配線にそれぞれ接続された電圧導入端子ＴＭ１１ａ〜ＴＭ１１ｄとが一体成形されている。このように、配線ＷＲ１１ａ〜ＷＲ１１ｄと電圧導入端子ＴＭ１１ａ〜ＴＭ１１ｄとをセラミックスの筒状基材７４と一体化させて形成することにより、組立誤差を非常に小さくでき、配線および電圧導入端子を光軸Ａｘに対して高い精度で回転対称に配置することができる。これにより、電子ビームＥＢの非点収差を最小限に抑制することができる。
【００５２】
本実施形態の荷電ビーム装置が備える電極ＥＣ１１では、電圧導入端子が互いに電気的に接続されているので、これらのうちの少なくとも一つに電圧を印加すれば、配線ＷＲ１１ａ〜ＷＲ１１ｄと電圧導入端子ＴＭ１１ａ〜ＴＭ１１ｄの全てを同電位にすることができる。これにより、電圧導入端子ＴＭ１１ａ〜ＴＭ１１ｄおよび配線ＷＲ１１ａ〜ＷＲ１１ｄが形成する電界が光軸を中心として回転対称になる。この結果、光軸上の非対称電界を除去することができる。このことは、図１４の断面図に示すように、電圧導入端子の（光軸Ａｘ方向での）長さＴＤ１１や配線長ＷＤ１１に対して、電極長ＥＤ１１が十分な長さを有していない場合に、特に顕著な効果を奏する。
【００５３】
図１５は、図１２に示す電極の第１の変形例を示す断面図である。同図に示す荷電ビーム装置用電極ＥＣ１３は、４Ｎ回転対称の配線において８回転対称（Ｎ＝２）の形状の配線ＴＭ１３ａ〜ＴＭ１３ｈを配置した例である。
【００５４】
また、図１６は、図１２に示す電極の第２の変形例を示す断面図である。同図に示す荷電ビーム装置用電極ＥＣ１５は、８回転対称形状の配線に加え、内周面の金属層ＭＦ８が複数の金属層ＭＦ８ａ〜ＭＦ８ｈでなる電極片に分割されており、それぞれ対応する電圧導入端子ＴＭ１５ａ〜ＴＭ１５ｈおよび配線ＷＲ１５ａ〜ＷＲ１５ｈを介して同電位の電圧が印加されることにより、回転対称レンズとして動作する。なお、図１７の斜視図および、図１７のＥ−Ｅ切断面に沿った図１８の断面図に示すように、本変形例の電極ＥＣ１５には、内周面の各金属層ＭＦ８ａ〜ＭＦ８ｈに接するように、対応する内周面のエッジ部に金属層ＭＦ１２ａ〜ＭＦ１２ｈが形成されているので、配線や電圧導入端子によって生じ得る光軸上の電界の非対称性をさらに低減できる上、エッジ部での電界集中をも緩和することができる。本変形例において、内周面の金属層ＭＦ８は、例えば第１の金属層に対応し、また、金属層ＭＦ１２ａ〜ＭＦ１２ｈは、例えば第２の金属層に対応する。
【００５５】
（５）第５の実施の形態
前述した第４の実施の形態における電極では、複数個の電圧導入端子を採用しているので、組立工程数と部品点数とが増加し、組立誤差を生じやすい電極構造となっている。組立誤差がある場合には、非対称電界が形成され、電子ビームに非点収差および歪みをもたらすことになる。本実施形態の荷電ビーム装置は、このような電界の非対称性を解消できる簡易な構成の電極を備える。
【００５６】
図１９は、本実施形態の荷電ビーム装置が備える電極の斜視図を示す。図２０は、図１９のＦ−Ｆ切断面に沿った断面図を示し、図２１は、図１９に示す電極の正面図を示す。本実施形態の荷電ビーム装置が備える電極ＥＣ１７の特徴は、筒状基材７８の外周面に形成された金属層ＭＦ１８をさらに備える点にある。
【００５７】
図２１の正面図に示すように、外周面の金属層ＭＦ１８は、電圧導入端子ＴＭ２の光軸方向の幅ＴＤ１７よりも長い幅ＭＤ１７を有するように形成される。このように、筒状基材７８の外周面に形成された金属層ＭＦ１８の側面に電気的に接続されるように電圧導入端子ＴＭ２を配設すれば、光軸上に形成される非対称な電界を大幅に低減できると同時に、本実施形態のように単一の電圧導入端子ＴＭ２を設ければ良いので、電圧導入端子の個数を大幅に減らすことができる。本実施形態において金属層ＭＦ１８は、例えば第３の金属層に対応する。
【００５８】
図２１に示す電極ＥＣ１７では、内周面の金属層ＭＦ２に加えて、非対称な電界を打ち消すための第３の金属層ＭＦ１８を筒状基材７８の外周面に形成したが、第３の金属層はこれに限ることなく、外周面の電圧導入端子から内周面の金属層との間の領域内に設けられていれば良い。従って、例えば図２２に示す電極ＥＣ１９（変形例）のように、円環状の金属層ＭＦ２２を第３の金属層として筒状基材７８の円筒内に配置することとしても良い。
【００５９】
（６）第６の実施の形態
上述した実施の形態における電極では、電圧導入端子の（光軸方向）上下に残存するセラミックスの厚さが短いと、例えばアインツェルレンズのように複数の電極が近接して配置される場合に、隣り合う電極との間で筒状基材の表面に形成される沿面電界による放電で絶縁耐圧が低下してしまうという問題がある。例えば図２１に示す電極ＥＣ１７において、電圧導入端子ＴＭ２の上下に残存するセラミックス部の厚さＣＤ１７がより一層短い場合には、筒状基材端部の表面の距離Ｌ１が短くなり、その分だけ隣り合う電極との間で沿面電界が強くなってしまう。本発明の第６の実施の形態の特徴は、隣り合う電極との間で筒状基材端部の表面の距離が長くなるように加工された電極を備える点にある。
【００６０】
図２３は、本実施形態の荷電ビーム装置が備える電極の正面図である。同図に示す電極ＥＣ２１は、電圧導入端子ＴＭ２の（光軸方向）上下に残存するセラミックス部分を周回するように筒状基材８２の外周面端部８２ａ，８２ｂに設けられた溝Ｇｒを備える。このような溝Ｇｒにより、外周面端部８２ａ，８２ｂの表面積が増大し、外周面端部８２ａ，８２ｂの距離Ｌ２がその分だけ増大するので、隣り合う電極との間で沿面電界が弱くなる。これにより、電極の絶縁耐圧を大幅に向上させることができる。
【００６１】
筒状基材の外周面端部での表面積は、溝のみならず、突条部を設けることによっても増大させることができる。図２４に示す電極ＥＣ２３は、図２３に示す溝Ｇｒに代えて、筒状基材８４の外周面端部８４ａ，８４ｂに設けられた突条部Ｐｒを備える。このような円環状の突条部Ｐｒによっても、外周面端部８４ａ，８４ｂの距離Ｌ２が増大するので、隣り合う電極との間で沿面電界が弱くなり、電極の絶縁耐圧を大幅に向上させることができる。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態のいくつかについて説明したが、本発明は上記形態に限ることなく、その技術的範囲内で種々変形して実施可能であることは勿論である。また、上記実施形態では主としてアインツェルレンズを構成する電極を備える場合について説明したが、本発明の荷電ビーム装置が備える電極は、静電レンズ、偏向器および非点収差補正器として利用可能であり、特に、高電圧を印加する必要がある電極に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明にかかる荷電ビーム装置の第１の実施の形態を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１に示す荷電ビーム装置が備える電極を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ切断面に沿った断面図である。
【図４】図２に示す電極の変形例を示す断面図である。
【図５】図４に示す電極を含む静電型のアインツェルレンズの斜視図である。
【図６】図５に示すアインツェルレンズの効果を説明する断面図である。
【図７】図５に示すアインツェルレンズの比較例としての従来の技術によるアインツェルレンズの断面図である。
【図８】本発明にかかる荷電ビーム装置の第２の実施の形態が備える電極を示す斜視図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ切断面に沿った断面図である。
【図１０】本発明にかかる荷電ビーム装置の第３の実施の形態が備える電極を示す斜視図である。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ切断面に沿った断面図である。
【図１２】本発明にかかる荷電ビーム装置の第４の実施の形態が備える電極を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す電極の斜視図である。
【図１４】図１３のＤ−Ｄ切断面に沿った断面図である。
【図１５】図１２に示す電極の第１の変形例を示す断面図である。
【図１６】図１２に示す電極の第２の変形例を示す断面図である。
【図１７】図１６に示す電極の斜視図である。
【図１８】図１７のＥ−Ｅ切断面に沿った断面図である。
【図１９】本発明にかかる荷電ビーム装置の第５の実施の形態が備える電極を示す斜視図である。
【図２０】図１９のＦ−Ｆ切断面に沿った断面図である。
【図２１】図２０に示す電極の正面図である。
【図２２】図１９に示す電極の変形例を示す断面図である。
【図２３】本発明にかかる荷電ビーム装置の第６実施の形態が備える電極を示す斜視図である。
【図２４】図２３に示す電極の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
５２，５４，５６，７４，７８，８０，８２，８４：筒状基材
５８，６０，６２，６４，８０ａ，８０ｂ：セラミックス
８２ａ，８２ｂ，８４ａ，８４ｂ：筒状基材の外周面端部
Ａｘ：光軸
ＥＣ１，ＥＣ２〜ＥＣ４，ＥＣ５，ＥＣ７，ＥＣ１１，ＥＣ１３，ＥＣ１５，ＥＣ１７，ＥＣ１９，ＥＣ２１，ＥＣ２３：電極
ＭＦ２〜ＭＦ４，ＭＦ６，ＭＦ８ａ〜ＭＦ８ｈ，ＭＦ１８，ＭＦ２２，ＭＦ２４：金属層
ＰＳ：電源
ＷＲ２〜ＷＲ４，ＷＲ６，ＷＲ１１ａ〜ＷＲ１１ｄ，ＷＲ１２ａ〜ＷＲ１２ｈ，ＷＲ１６ａ〜ＷＲ１６ｈ，ＷＲ１８ａ〜ＷＲ１８ｄ：配線
ＴＭ２〜ＴＭ４，ＴＭ１１ａ〜ＴＭ１１ｄ，ＴＭ１３ａ〜ＴＭ１３ｈ，ＴＭ１５ａ〜ＴＭ１５ｈ：電圧導入端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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