(57)【要約】  本発明は、荷電粒子ビーム（６３）に作用するビーム光学部品（１；２０１）であって、第１の開口部（９；２０９）を備えていて、前記荷電粒子ビーム（６３）に作用する第１の要素（３；２０３）と、前記荷電粒子ビーム（６３）に作用する少なくとも第２の要素（５；２０５）と、前記第１の要素（３；２０３）と前記少なくとも第２の要素（５；２０５）との間に位置決めされていて、前記第１の要素（３；２０３）と前記少なくとも第２の要素（５；２０５）との間に最小距離をもたらす少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）と、前記第１の要素（３；２０３）を前記少なくとも第２の要素（５；２０５）に当接させる第１の保持片（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）とを有し、前記第１の保持片（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）は、前記少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）に取り付けられている、ビーム光学部品（１；２０１）に関する。第１及び第２の要素（３；２０３；５；２０５）は好ましくは、静電力又は磁力により荷電粒子ビームに作用する電極又は磁極片である。第１の保持片（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）が少なくとも１つのディスタンスピースに取り付けられた状態で、第１及び第２の要素（３，５）に加わる機械的変形力を減少させ、それにより、それぞれのビーム光学部品（１；２０１）の性能を向上させる。【選択図】図１１
2007510263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム（６３）に作用するビーム光学部品（１；２０１）であって、
第１の開口部（９；２０９）を備えていて、前記荷電粒子ビーム（６３）に作用する第１の要素（３；２０３）と、
前記荷電粒子ビーム（６３）に作用する少なくとも第２の要素（５；２０５）と、
前記第１の要素（３；２０３）と前記少なくとも第２の要素（５；２０５）との間に位置決めされていて、前記第１の要素（３；２０３）と前記少なくとも第２の要素（５；２０５）との間に最小距離をもたらす少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）と、
前記第１の要素（３；２０３）を前記少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）に当接させる第１の保持片（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）とを有し、
前記第１の保持片（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）は、前記少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）に取り付けられている、ビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項２】
前記第２の要素（５；２０５）を前記少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）に当接させる第２の保持片（３２ａ；３２ｂ；３２ｃ）を有する、請求項１記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項３】
前記第２の保持片（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）は、前記少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）に取り付けられている、請求項２記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項４】
前記少なくとも第２の要素（５；２０５）は、前記第１の開口部（９；２０９）に位置合わせされる第１の構造化部分（１０；１５；２１０）を有する、請求項１〜３のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項５】
前記第１の構造化部分（１０；１５；２１０）は、前記荷電粒子に作用するよう第２の開口部（１０，２１０）を有する、請求項４記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項６】
前記第１の開口部（９；２０９）に位置合わせされる第２の構造化部分（１１；１７）を備えた第３の要素（７）を有する、請求項１〜５のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項７】
前記第２の構造化部分（１１；１７）は、前記荷電粒子に作用するよう第３の開口部（１１）を有する、請求項５記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項８】
前記第２の要素（５；２０５）と前記第３の要素（７）との間の最小距離を定める更に少なくとも１つのディスタンスピース（２２ａ；２２ｂ；２２ｃ）を有する、請求項５又は６記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項９】
前記第２の要素（５；２０５）を前記更に少なくとも１つのディスタンスピース（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）に当接させる第３の保持片（３４ａ；３４ｂ；３４ｃ）を有する、請求項７記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１０】
前記第３の要素（７）を前記更に少なくとも１つのディスタンスピース（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）に当接させる第４の保持片（３６ａ；３６ｂ；３６ｃ）を有する、請求項７又は８記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）及び（又は）前記更に少なくとも１つのディスタンスピース（２２ａ；２２ｂ；２２ｃ）は各々、３つのディスタンスピースである、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）及び（又は）前記更に少なくとも１つのディスタンスピース（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）は、球形である、請求項１〜１１のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのディスタンスピース（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）及び（又は）前記更に少なくとも１つのディスタンスピース（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）は、球の側方広がりを減少させる少なくとも１つのくびれを有する球形の物体である、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１４】
前記第１、前記第２及び（又は）前記第３の保持片（３０ａ；３０ｂ；３０ｃ；３２ａ；３２ｂ；３２ｃ；３４ａ；３４ｂ；３４ｃ；３６ａ；３６ｂ；３６ｃ）は、前記ディスタンスピース（２０ａ；２０ｂ；２０ｃ；２２ａ；２２ｂ；２２ｃ）の前記第１、前記第２及び（又は）前記第３の保持片（３０ａ；３０ｂ；３０ｃ；３２ａ；３２ｂ；３２ｃ；３４ａ；３４ｂ；３４ｃ；３６ａ；３６ｂ；３６ｃ）へのそれぞれの取付けのために前記ディスタンスピース（２０ａ；２０ｂ；２０ｃ；２２ａ；２２ｂ；２２ｃ）内へそれぞれ差し込まれるピン、保持ねじ（５０）、止めねじ（５１）又は切欠き付きピン（５７）を含む、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１５】
前記第１、前記第２及び（又は）前記第３の保持片（３０ａ；３０ｂ；３０ｃ；３２ａ；３２ｂ；３２ｃ；３４ａ；３４ｂ；３４ｃ；３６ａ；３６ｂ；３６ｃ）は、それぞれの前記電極をそれぞれの前記ディスタンスピースに当接させるそれぞれのナット（５０；５２）を含む、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１６】
前記第１、前記第２及び（又は）前記第３の保持片（３０ａ；３０ｂ；３０ｃ；３２ａ；３２ｂ；３２ｃ；３４ａ；３４ｂ；３４ｃ；３６ａ；３６ｂ；３６ｃ）は、それぞれの前記第１、前記第２及び（又は）前記第３の要素を前記少なくとも１つ及び（又は）前記更に少なくとも１つのディスタンスピースに所定の圧力で当接させるばね（５０；５３）を含む、請求項１〜１５のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１７】
前記第１、前記第２及び（又は）前記第３の要素（３；５；７）はそれぞれ、第１、第２及び（又は）第３の電極である、請求項１〜１６のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１８】
前記第１、前記第２及び（又は）前記第３の要素（２０３；２０５）はそれぞれ、第１、第２及び（又は）第３の磁極片である、請求項１〜１７のうちいずれか一に記載のビーム光学部品（１；２０１）。
【請求項１９】
請求項１〜１８のうちいずれか一に記載のビーム光学部品を有する、荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームに作用するビーム光学部品に関する。特に、本発明は、荷電粒子ビーム装置用の高精度静電又は磁気レンズ、ミラー又は分光計（スペクトロメータ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡又は集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）のような荷電粒子ビーム装置の改良は、多くの場合、これらのビーム光学部品を改良できるかどうかにかかっている。ビーム光学部品は例えば、静電又は磁気レンズ、デフレクタ、静電又は磁気ミラー、分光計等である。
【０００３】
荷電粒子ビームとの静電相互作用を利用するビーム光学部品は通常、開口部又は他の或る構造を備えた２つ又は３つ以上の電極で構成される。適当な電圧をそれぞれの電極に印加することにより、電極の幾何学的形状及び電位は、到来する荷電粒子ビームを合焦させ、偏向させ又は分散させるよう利用できる静電界（静電場と呼ばれる場合もある）を生じさせる。
【０００４】
これとは対照的に、荷電粒子ビームとの磁気相互作用を利用するビーム光学部品は、開口部又は他の或る構造を備えた２つ又は３つ以上の磁極片で構成されている。適当な磁束をそれぞれの磁極片に印加することにより、磁極片の幾何学的形状及び磁束は、到来する荷電粒子ビームを合焦させ、偏向させ又は分散させるのに利用できる、電界に似た磁界を生じさせる。
【０００５】
明確に定められる合焦、偏向又は分散をもたらすためには、多数の電極又は磁極片を互いに対して良好に位置合わせすることが重要である。例えば、２つの電極又は２つの磁極片（ポールシュー）で作られた静電又は磁気レンズの場合、第１の電極又は第１の磁極片の開口部をマイクロメートル程度の高い精度で第２の電極又は磁極片の開口部に対して同軸に位置合わせすることが重要である。この高い精度を達成することは通常、難題である。
【０００６】
さらに、高精度荷電粒子ビーム装置のビーム光学部品は、これらの仕様通りに働くようにするために、定期的なクリーニングを必要とする。しかしながら、効果的なクリーニングでは、ビーム光学部品を分解し、そして再び組み立てなければならない。したがって、ビーム光学部品は、位置合わせ精度を損なわないで、繰り返し分解及び再組立てを可能にする設計に適合しなければならない。
【０００７】
高い位置合わせ精度で静電レンズを製造する方法は、エス・プーランク（S. Planck）、アール・シュペアー（R. Spehr）共著，「コンストラクション・アンド・ファブリケーション・オブ・エレクトロスタティック・フィールド・レンズィズ・フォー・ザ・ＳＭＡＲＴ・プロジェクト（Construction and fabrication of electrostatic field lenses for the SMART project），「ジ・アニュアル・レポート・１９９６／１９９７・オブ・リヒト−・ウント・タイルヒェンオプティック（Annual Report 1996/1997 of"Licht-und Teilchenoptik"）」，インスティテュート・フュア・アンゲバント・フィズィーク（Institut fur angewandte Physik），テヒニッシェ・ユニベルズィテート・ダルムスタット（Technische Unversitat Darmstadt ），ドクター・テオ・チューディ教授（Prof. Dr. Theo Tschudi），ｐ．１１４によって開示されている。この報告では、アインゼル（Einzel）レンズの中間電極と外側の２つの電極との間の６つの絶縁性Ａｌ2Ｏ3球体が、外側の２つの電極の位置を中間の電極に対して定める位置決め要素として用いられることが開示されている。それと同時に、Ａｌ2Ｏ3球体の絶縁特性により、中間電極は、互いに異なる電圧を電極に印加することができるようにするために、外側の２つの電極から絶縁されるようになる。
【０００８】
図１は、高精度荷電粒子ビーム光学系に用いられるＳ・プーランクによる公知の静電レンズ１の断面を概略的に示している。静電レンズ１は、第１の電極３、第２の電極５及び第３の電極７を有し、これら電極は各々、それぞれの第１、第２及び第３の開口部９，１０，１１を有している。第１及び第２の電極３，５は、３つの同一の第１の球体１２０によって第１の所定の最小距離のところに保たれており、これら第１の球体は、第１の電極３と第２の電極５との間に位置決めされ、第２及び第３の電極５，７は、第２の電極５と第３の電極７との間に配置された３つの互いに等しい第２の球体１２２によって第２の所定の最小距離のところに保たれている。さらに、３つの金属ねじ１００が、３つの電極３，５，７を互いにクランプするために用いられている。
【０００９】
光軸１３に対する電極の３つの開口部９，１０，１１の位置合わせの高い精度は、球体を製造できる高い幾何学的精度に基づいている。例えば、偏差が規定の理想的球形から１マイクロメートル未満の精度で鋼又はＡｌ2Ｏ3で作られた球体を製造することが知られている。さらに、電極に設けられていて、球体を受け入れる凹部は、ビーム光学部品の再組立ての際に球体の容易且つ正確な再位置決めを可能にする。
【００１０】
しかしながら、電極を互いにクランプするためにビーム光学部品を再組立てする際にねじを締め付けると、電極は、互いに対して変形し又は傾けられた状態になる場合が多く、それにより、ビーム光学部品の合焦品質が低下する。
【００１１】
さらに、図１で理解できるように、高い電圧を第２の電極５と第１又は第３の電極３，７との間に印加したときに、第２の電極に設けられている貫通穴１０２の寸法が小さいことにより、第２の電極５と金属ねじ１００との間にアークが生じるのを阻止することが困難である。さらに、多くの用途に関し、互いに異なる電圧を２つの外側（第１及び第３）電極相互間に印加することが重要である。絶縁材料で作られているねじは通常、金属ねじの持つ剛性を備えていないので、３つの電極を互いにクランプするのに通常金属ねじが採用される。しかしながら、金属ねじが３つの電極を互いにクランプしている状態では、第１及び第３の電極３，７は、互いに異なる電圧を印加したときに、第１の電極と第２の電極を電気的にショートさせる。
【００１２】
第１の静電レンズ１は、荷電粒子ビーム装置の静電又は磁気ビーム光学部品の一般的な位置合わせ問題を例証するための一例として用いられているに過ぎない。２つ又は３つ以上の電極又は磁極片の同様な位置合わせの問題も又、静電又は磁気ミラー又は分光計の２つ又は３つ以上の電極又は磁極片を組み立てなければならない場合に生じる。
【００１３】
〔発明の概要〕
したがって、本発明の第１の目的又は特徴は、上述の問題を生じさせない荷電粒子ビームに作用するビーム光学部品を提供することにある。
【００１４】
特に、本発明の目的又は特徴は、ビーム光学部品の第１の電極又は磁極片と他の電極又は磁極片の位置合わせのための高い精度を保証するビーム光学部品を提供することにある。
【００１５】
さらに、本発明の目的又は特徴は、再組立て後における電極の位置合わせ精度を損なうことなく、容易に分解したり再組立てできるビーム光学部品を提供することにある。
【００１６】
本発明の更に別の目的又は特徴は、高電圧で動作できる高い絶縁耐力（誘電強度）を提供する電極を備えたビーム光学部品を提供することにある。
【００１７】
本発明の別の目的又は特徴は、荷電粒子ビーム装置であって、かかる荷電粒子ビーム装置の合焦性能を低下させないで、定期的に容易に分解したり再組立てできる高精度ビーム光学部品を備えた荷電粒子ビーム装置を提供することにある。
【００１８】
上記目的又は利点並びに他の目的又は利点は、請求項１に記載のビーム光学部品及び請求項１９に記載の荷電粒子ビーム装置によって達成される。
【００１９】
本発明の他の利点、特徴、目的及び詳細は、特許請求の範囲の記載、本明細書及び添付の図面から明らかである。特許請求の範囲は、本発明を一般的な用語で特定する第１の非限定的な記載として理解されるべきである。
【００２０】
請求項１に記載の荷電粒子ビームに作用するビーム光学部品は、第１の開口部を備えていて、荷電粒子ビームに作用する第１の要素と、荷電粒子ビームに作用する少なくとも第２の要素と、第１の要素と少なくとも第２の要素との間に位置決めされていて、第１の要素と少なくとも第２の要素との間に最小距離をもたらす少なくとも１つのディスタンスピースと、第１の要素を少なくとも第２の要素に当接させる第１の保持片とを有し、第１の保持片は、少なくとも１つのディスタンスピースに取り付けられている。
【００２１】
本発明の第１の好ましい実施形態では、第１及び（又は）第２の要素は、それぞれ第１及び（又は）第２の電極である。この場合、ビーム光学部品は、静電界によって荷電粒子ビームに作用することができる。
【００２２】
本発明の別の好ましい実施形態では、第１及び（又は）第２の要素は、それぞれ第１及び（又は）第２の磁極片である。この場合、ビーム光学部品は、磁界によって荷電粒子ビームに作用することができる。
【００２３】
本発明の更に別の実施形態では、第１及び（又は）第２の要素は、両方とも、それぞれ第１及び第２の磁極片並びに第１及び第２の電極である。この場合、ビーム光学部品は、例えば合焦品質を改善するために利用される静電合焦レンズと磁気合焦レンズの組合せのような磁界と静電界の組合せによって荷電粒子ビームに作用することができる。
【００２４】
第１の保持片が、少なくとも１つのディスタンスピースに取り付けられた状態で、第１の要素は、少なくとも１つのディスタンスピースの位置によって定められる機械的支持箇所で少なくとも１つのディスタンスピースに保持できる。したがって、第１の保持片により第１の要素に及ぼされる圧力を、第１の保持片がその力を第１の要素に及ぼす位置で少なくとも１つのディスタンスピースによって相殺できる。これにより、第１の要素に加わる変形又は傾動力が無くなり、もしそうでなければ、かかる変形又は傾動力は、荷電粒子ビームを合焦させ偏向させ又は分散させる性能を損なう。
【００２５】
さらに、少なくとも１つのディスタンスピースに取り付けられた第１の保持片は、第１及び第２の要素を互いにクランプするためにこれら２つの要素に直接連結される金属片を不要にする。その結果、第１及び第２の要素が電極である場合、金属ねじにより生じる第１の要素と第２の要素との間の短絡が無くなる。これにより、ビーム光学部品の第１及び第２の電極をたとえねじが導電性材料で作られていても、互いに異なる電圧で動作させることができるようになる。
【００２６】
好ましくは、ビーム光学部品は、第２の要素を少なくとも１つのディスタンスピースに当接させる第２の保持片を更に有する。好ましくは、第２の保持片も、少なくとも１つのディスタンスピースに取り付けられる。このようにすると、少なくとも１つのディスタンスピースを第１及び第２の要素から繰り返し分解したりこれに再び組み立てることができる。容易な分解及び再組立ては、定期的なビーム光学部品の各部品についての都合のよいクリーニングを容易にする。
【００２７】
本発明の好ましい一実施形態では、少なくとも１つの第２の要素は、第１の開口部に位置合わせされる第１の構造化部分を有する。この構造化部分は、荷電粒子ビームに対するビーム光学部品の機能性を定めるために利用できる。例えば、第１及び第２の要素が電極である場合、ビーム光学部品は、第１の要素の構造化部分が第１の開口部に対して同一平面内に位置するよう形作られている場合、フラットミラーとして荷電粒子ビームに作用するよう構成でき、更に、少なくとも１つの第２の要素の構造化部分が、第２の要素の本体に形成された凹状凹みである場合、ビーム光学部品は、合焦ビーム光学部品として荷電粒子ビームに作用するよう構成でき、更に、少なくとも第２の要素の構造化部分が、この要素の本体から突き出た凸状構造体である場合、ビーム光学部品は、脱焦ビーム光学部品として荷電粒子ビームに作用するよう構成でき、更に、第２の要素の構造化部分は、荷電粒子ビームの光学収差、非点収差及び他の欠陥を是正するのに適した形状を有するのがよい。
【００２８】
別の好ましい実施形態では、第２の要素の第１の構造化部分は、荷電粒子ビームに作用する第２の開口部を有する。この場合、第１の要素の第１の開口部と第２の要素の第２の開口部が、同軸状に位置合わせされている場合、ビーム光学部品は、合焦静電又は磁気レンズとして荷電粒子ビームに作用することができる。
【００２９】
好ましくは、本発明のビーム光学部品は、第３の要素を更に有する。この場合、より細かい操作をビーム光学部品に施すことができる。例えば、ビーム光学部品の第１、第２及び第３の要素が、各々開口部を有する電極の場合、ビーム光学部品は、アインゼル（Einzel）レンズとして動作するよう構成でき、外側の２つの電極は、ビーム光学部品の外側の電位との干渉を最小限に抑えるよう同一電位を有する。
【００３０】
さらに、第１、第２及び第３の要素が設けられている場合、本発明のディスタンスピース及び保持片は、第１、第２及び第３の要素を互いにクランプするのに金属ねじを不要にする。このように、第１、第２及び第３の要素がそれぞれ第１、第２及び第３の電極である場合、ビーム光学部品の最大許容電圧は、クランプ用金属ねじの付近の起こり得る電界ピークによっては制限されない。それどころか、この場合、ビーム光学部品の最大許容電圧は、ディスタンスピースの寸法及び隣り合う電極相互間の最小距離によって制限されるに過ぎない。その結果、絶縁耐力を容易に増大させることができる。例えば、２つの隣り合う電極が１０ｍｍの最小距離を置いている場合、原理的には、代表的には最高１０〜１２ｋＶの電圧を真空中で隣り合う電極相互間に印加することができる。高電圧性能は、高ビームエネルギーで荷電粒子ビームを合焦させなければならないビーム光学部品にとって重要である。例えば、多くの用途の場合、電子ビーム装置は、数百ｋｅＶ以上のビームエネルギーを用いている。
【００３１】
本発明の別の好ましい実施形態では、第３の要素の第２の構造化部分は、第３の開口部を有するのがよい。このように、第１、第２及び第３の開口部が、互いに同軸状に位置合わせされている上述の電極の開口部である場合、ビーム光学部品をアインゼル（Einzel）レンズとして使用でき、この場合、動作中、第１及び第３の電極にかかる電圧は、互いに同一である。
【００３２】
好ましくは、少なくとも１つのディスタンスピース及び（又は）更に少なくとも１つのディスタンスピースは各々、３つのディスタンスピースである。３つの箇所が平面を定める上で最も少ないので、これは、３つの別々のディスタンスピース、１つではなく、２つ又は４つ以上の別々のディスタンスピースにより隣り合う電極相互間の最小距離を定める都合が良く且つ精度の高い方法である。
【００３３】
好ましくは、ディスタンスピースのうちの少なくとも１つは、球形である。というのは、球形の物体は、高い幾何学的精度に合わせて製造できるからであり、しかも、球体は、球形物体の向きとは無関係に、２つの電極相互間に同一の距離を定めるからである。さらに、ディスタンスピースとしての球形物体は、２つの隣り合う電極相互間に最小距離をもたらすだけでなく、球形物体がそれぞれの電極に設けられた適当な凹部内に部分的に納められる場合、互いに対して２つの隣り合う電極の側方固定を可能にする。
【００３４】
本発明の上述の詳細な特徴及び他の詳細な特徴のうちの幾つかは、以下の説明に記載され、図を参照して部分的に説明される。
【００３５】
〔好ましい実施形態の説明〕
請求項１に記載された用語「ビーム光学部品」は好ましくは、静電又は磁気レンズ、静電又は磁気ミラー、静電又は磁気デフレクタ、静電又は磁気分光計（スペクトロメータ）及び静電界及び（又は）磁界によって荷電粒子ビームに作用する他の部品を指している。本発明のビーム光学部品は、試料を調べる荷電粒子ビーム顕微鏡、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過型顕微鏡（ＳＴＥＭ）のような荷電粒子ビーム装置又は試料を構成するために荷電粒子ビームを用いる装置、例えば、リソグラフィマスクを構成するために用いられる電子ビームパターン発生器若しくは試料をスライスし又は粉砕する集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）に使用できる。
【００３６】
図２ａは、本発明の第１のビームの光学部品１の中心を通る断面を概略的に示している。この実施形態では、ビーム光学部品は、荷電粒子ビーム６３を合焦させる静電レンズ１である。図２ｂは、光軸方向に見たこの同じ静電レンズ１の正面図である。この場合、第１及び第２の要素は、第１及び第２の電極３，５である。
【００３７】
図２ａ及び図２ｂの静電レンズ１は、２つの電極、即ち、第１の電極３及び第２の電極５で構成されており、各電極は、それぞれ互いに対して同軸状に位置合わせされた第１又は第２の開口部９，１０を備えている。精度の高い合焦を得るために、互いに対する第１の開口部９と第２の開口部１０の同軸位置合わせの精度は、１００μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満、より好ましくは、２μｍ未満である。
【００３８】
図２ａ及び図２ｂの静電レンズ１は、例えば、第１の電極３の第１の電圧Ｖ１と第２の電極５の第２のＶ２が光軸１３回りに回転対称の電界を形成する浸漬レンズとして使用できる。図２ａ及び図２ｂにおいて点線で示された要素は、ビーム光学部品１の別の構造体によって覆われ又は断面平面の一部をなさない要素を指している。
【００３９】
図２ａ及び図２ｂの第１及び第２の電極３，５は、それぞれ第１及び第２の開口部９，１０を備えた導電性材料、例えばステンレス鋼で作られた回転対称の形をしている板である。電極３，５の第１及び第２の開口部９，１０は、１００μｍ未満、好ましくは５μｍ未満の精度で光軸１３に対して同軸状に位置合わせされている。最良の合焦（又は脱焦）結果を得るために、荷電粒子ビームは、光軸１３に沿って開口部９，１０を通って進む。
【００４０】
第１及び第２の電極３，５は、第１の電極３と第２の電極５との間に設けられた３つのディスタンスピース（第１のディスタンスピース２０ａ、第２のディスタンスピース２０ｂ、第３のディスタンスピース２０ｃ）によって最小距離に間隔保持されている。３つのディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、第１の電圧Ｖ１の状態にある第１の電極３をこれとは異なる第２の電圧Ｖ２の状態にある第２の電極５から絶縁するために、絶縁材料、例えばＡｌ2Ｏ3で作られている。好ましくは、３つのディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、３つの互いに異なる位置で第１の電極３と第２の電極５との間に同一の距離をもたらすために同一の寸法形状のものである。このように、２つの電極３，５を平行に位置合わせするのがよい。
【００４１】
好ましくは、３つのディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、球形の物体である。第１の電極３と第２の電極５との間に高度の光度をもたらすために、３つの球形物体の直径は、１／１０００未満、より好ましくは１／１００００未満だけ互いに異なる。例えば、図２ａの球体の直径が公称１０ｍｍの場合、球体の直径は、公称直径から１０μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満だけずれることが好ましい。Ａｌ2Ｏ3、鋼又は他のセラミック材料で作られた球体をかかる高い幾何学的精度をもって製作することは、当該技術分野においては周知である。
【００４２】
図２ａ及び図２ｂも又、各ディスタンスピース又は間隔保持要素２０ａ，２０ｂ，２０ｃのための第１の保持片３０ａ，３０ｂ，３０ｃ及び第２の保持片３２ａ，３２ｂ，３２ｃを概略的に示しており、これら保持片は各々、第１の電極３及び第２の電極５を、ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃに当接させるようそれぞれのディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃに取り付けられている。第１の保持片３０ａ，３０ｂ，３０ｃ及び第２の保持片３２ａ，３２ｂ，３２ｃをそれぞれのディスタンスピースに取り付けることができる方法が多く存在する。図２ａ〜図２ｃでは、第１及び第２の保持片３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、第１又は第２の電極３，５の貫通穴６０を通ってそれぞれのディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃにねじ込まれる保持ねじ５０である。このように、保持ねじ５０は、それぞれのディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃに取り付けられ、保持ねじ５０のボルトの頭は、圧力をそれぞれの電極３，５に及ぼしてかかる電極をそれぞれのディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃに当接させることができる。さらに、電極をディスタンスピースに当接させる圧力は、保持ねじ５０をそれぞれのディスタンスピースにねじ込む回数により調節できる。
【００４３】
図２ｃは、保持片３０ａが第１の電極３を少なくとも１つの球形ディスタンスピース２０ａに保持する仕方を示すための図２ａ及び図２ｂの第１の保持片３０ａのうちの一方に関する詳細を概略的に示している。図２ｃでは、第１の保持片３０ａは、第１の電極３の貫通穴６０を通って送られてそれぞれの球形ディスタンスピース２０ａにねじ込まれる保持ねじ５０を有する。このように、保持ねじ５０は、ねじ山６１によって球形ディスタンスピース２０ａにしっかりと取り付けられ、保持ねじ５０のボルト頭は、圧力を逆方向に置いて第１の電極３に及ぼして電極３をディスタンスピース２０ａに当接させる。
【００４４】
注目されるべきこととして、保持ねじ５０をディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃに取り付けることができる方法は数種類ある。例えば、ディスタンスピースがディスタンスピース内に接着され又はろう付けされるねじ山付き金属インサートを有する場合、良好な安定性が得られ、この場合、保持ねじをディスタンスピースにねじ込むのがよい。このように、保持ねじを保持ねじのねじ山によりディスタンスピース２０ａを損傷させないでディスタンスピースに数回回すことができる。さらに、図２ｃは、電極をディスタンスピースに当接させる保持片に関するが、以下の説明は、電極の代わりに、磁極片をディスタンスピースに当接させる場合にも当てはまる（図１２ｂも参照のこと）。
【００４５】
図２ｃで理解できるように、貫通穴６０の直径は、貫通穴６０内に保持ねじ５０のための隙間を残すよう保持ねじ５０の直径よりも大きい。かかる隙間により、球形のディスタンスピース２０ａは、圧力を保持ねじ５０のボルト頭によって第１の電極３に及ぼすと、電極３の凹部５６内に嵌まり込むのに十分な空間を有するようになる。このように、第１の電極３と第２の電極５の互いに対する側方位置決めは、貫通穴６０の位置ではなく、凹部５６の位置並びに球形ディスタンスピース２０ａの位置及び寸法によって定められる。球形ディスタンスピース２０ａが第１の電極３の凹部５６内に部分的に納められている場合、第２の電極５に対する第１の電極３の位置は、光軸１３の方向だけでなく側方にも固定される。
【００４６】
好ましくは、ビーム光学部品１のそれぞれの球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃを保持する電極凹部５６は、それぞれの球形ディスタンスピースと同一寸法の少なくとも３つの球体を２つの隣り合う電極３，５相互間に位置決めし、外力によりこれら電極を互いにクランプすることにより形作られる。クランプ圧力が十分に大きい場合、球体は、２つの電極を互いに位置合わせするためにそれぞれ球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって使用できる凹部５６を第１及び第２の電極に刻印付けする。その結果、少なくとも３つの凹部５６により三点心出しが可能になるので、２つの電極３，５を互いに分離し、そして高い精度で再び組み立てることができる。好ましくは、凹部５６を形成する球体は、クランプ圧力に耐えるのに十分硬い鋼で作られている。
【００４７】
さらに、好ましくは、第１及び第２の電極３，５の開口部９，１０の機械加工は、組立てセットアップ状態で、即ち、電極をそれぞれの球形ディスタンスピ−ス２０ａ，２０ｂ，２０ｃで位置合わせしたときに行われる。これにより、開口部９，１０，１１は、共通光軸１３に位置合わせされるようになる。さらに、凹部５６により、電極３，５を同じ精度で容易に分解したり再組立てできる。凹部５６の形成及び電極の開口部の位置合わせ方法は当然のことながら、３つ以上の電極を有するビーム光学部品にも利用できる。
【００４８】
図３ａは、本発明のビーム光学部品１の中心を通る断面を概略的に示しており、この場合も又、このビーム光学部品は、静電レンズ１である。静電レンズ１は、３つの電極、即ち、第１の電極３、第２の電極５及び第３の電極７を有し、これら電極はそれぞれ、第１、第２及び第３の開口部９，１０，１１を有している。図３ｂは、図３ａの静電レンズ１を光軸１３の方向で見た正面図として示している。かかる静電レンズ１を例えばアインゼル（Einzel）レンズとして用いることができ、この場合、第１の電極３の第１の電圧Ｖ１と第３の電極７の第３の電圧Ｖ３は、同一である。しかしながら、第１の電極３を第３の電極７に直接クランプするクランプ用金属ねじが使用されない場合、図３ａ及び図３ｂの静電レンズ１も又、第１の電圧Ｖ１と第３の電圧Ｖ３が互いに異なる用途にも使用できる。
【００４９】
図３ａ及び図３ｂから理解できるように、第１、第２及び第３の電極３，５，７はそれぞれ、第１、第２及び第３の開口部９，１０，１１を有し、これら開口部は、光軸１３に対して同軸状に位置合わせされる。第１、第２及び第３の開口部９，１０，１１の寸法は、互いに異なる合焦距離、ビームエネルギー等を必要とする用途に応じて同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。図２ａ及び図２ｂの設計の場合と同様、第１の電極３と第２の電極５は、３つの寸法の等しい球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ、２０ｃによって最小距離に間隔保持され、第２の電極５と第３の電極７は、３つの寸法の等しい球形ディスタンスピース２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって最小距離に間隔保持されている。隣り合う電極３，５，７相互間の最小距離は、それぞれの球体の直径で特定され、これら球体の直径は、マイクロメートル以下の精度で定められる。
【００５０】
注目されるべきこととして、図３ａ及び図３ｂでは、第１、第２及び第３の電極３，５，７は、本質的に平らである。この場合、隣り合う電極相互間の最小距離は、それぞれの球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃの直径と本質的に同一である。しかしながら、これら電極は、平らでない形、例えば円錐形のものであってもよい。この場合、隣り合う電極相互間の最小距離は、ディスタンスピースの位置のところの電極相互間の距離よりもかなり大きくてもよく、或いはかなり小さくてもよい（例えば図１２ｂを参照）。
【００５１】
図２ａ及び図２ｂの場合と同様、３つの球形ディスタンスピース又は間隔保持要素２０ａ，２０ｂ，２０ｃを２つの電極相互間に良好な平行度が得られるよう第１の電極３と第２の電極５との間に等距離で位置決めすることが好ましい。これと同様に、３つの球形ディスタンスピース又は間隔保持要素２２ａ，２２ｂ，２２ｃを第２の電極５と第３の電極７との間に等距離で位置決めすることが好ましい。さらに、球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃの第２の保持片３２ａ，３２ｂ，３２ｃと別の球形ディスタンスピース２２ａ，２２ｂ，２２ｃの第３の保持片３４ａ，３４ｂ，３４ｃとの間の空間的な干渉を回避するために、３つの球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃにより形成される「三角形」を３つの別の球形ディスタンスピース２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（図３ｂを参照）により形成される「三角形」に対して好ましくは４０°よりも大きく、８０°よりも小さな角度「回転」させる。
【００５２】
第１の電極３を球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃにそれぞれ当接させる第１の保持片３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、第２の電極５を球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃにそれぞれ当接させる第２の保持片３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、第２の電極５を別の球形ディスタンスピース２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ当接させる第３の保持片３４ａ，３４ｂ，３４ｃ、及び第３の電極７を別の球形ディスタンスピース２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ当接させる第４の保持片３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、図２ａ〜図２ｃに記載したものと比較して同一であるのがよい。この場合、第１、第２、第３及び第４の保持片は、電極の貫通穴６０を通って、球形ディスタンスピースにそれぞれねじ込まれる保持ねじ５０である。
【００５３】
図３ａ及び図３ｂは又、第１の電極３に設けられていて、ビーム光学部品を組み立てたときに、第３の保持片３４ａ，３４ｂ，３４ｃへの接近を可能にする３つの接近穴４０ａ，４０ｂ，４０ｃを開示している。接近穴４０ａ，４０ｂ，４０ｃは設けられていない場合、保持片３４ａ，３４ｂ，３４ｃを第１の電極３で覆われる。保持片への接近は、ビーム光学部品を組み立て又は分解する上で重要である。例えば、保持片が保持ねじ５０である場合、接近穴４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより、組立て又は分解のために保持ねじ５０を締め付け又は弛めるねじ回しによる保持ねじ５０への接近が可能になる。同じ理由で、第３の電極７も又、第２の電極保持片３２ａ，３２ｂ，３２ｃへの接近を可能にする３つの接近穴４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有し、もしそうでなければ、これら保持片は、第３の電極７で覆われる。この場合に注目されるべきこととして、電極３，５，７にそれぞれ設けられた接近穴４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、後で図１０ａ〜図１０ｃ及び図１１に記載されているような開放凹部５５ａ又は凹み袋部５５ｂを用いることにより不要にすることができる。
【００５４】
図４は、荷電粒子ビーム６３の合焦ミラー１としての役目を果たすように用いられる本発明の別のビーム光学部品を開示している。この場合、ビーム光学部品１は、第１の電圧Ｖ１の状態にある第１の開口部９を備えた第１の電極３、第２の電圧Ｖ２の状態にある第２の開口部１０を備えた第２の電極５、及び荷電粒子ビーム１３を反射するよう第３の電圧Ｖ３の状態にある第３の電極７を有している。第３の電極７は、更に、反射荷電粒子ビームを合焦させるよう凹状の凹みの形をした構造化部分１７を更に有する。言及されるべきこととして、ミラーも又、図４に示す３つではなく、２つだけの電極から作られたものであるのがよい。
【００５５】
構造化部分１７の形状を用途に応じて多くの仕方で成形することができる。図４の球形凹み１７は、他の多くの可能性のうちの一例に過ぎない。例えば、第３の電極７の構造化部分１７が、第２の電極と同一平面内に位置する平らな表面である場合、ビーム光学部品１は、フラットミラーとして荷電粒子ビーム６３に作用するよう構成されたものであるのがよい。この場合、ディスタンスピース２２ａ，２２ｂ，２２ｃは主として、第２の電極と第３の電極との間に最小距離をもたらすために用いられる。第３の電極７の構造化部分１７が、電極から突き出た球形構造体である場合、ビーム光学部品１は、脱焦ビーム光学部品として荷電粒子ビーム６３に作用するよう構成されたものであるのがよい。また、第３の電極７の構造化部分１７は、荷電粒子ビームが受ける場合のある光学収差、非点収差及び他のビーム光学的効果を是正するよう非球面形状を有するのがよい。一般に、静電合焦ミラーの設計は、当該技術分野では周知であり、したがって、当業者であれば、任意所与の用途にとって構造化部分が備えるべき形状がどのようなものであるかが分かるようになっている。
【００５６】
構造化部分１７の形状とは無関係に、静電ミラーも又、（ａ）構造化部分１７を第１の電極３の第１の開口部９に高精度で同軸状に位置合わせするという課題、（ｂ）第１、第２及び（又は）第３の電極３，５，７相互間の電圧差が大きい場合、十分な絶縁耐力をもたらすという課題、（ｃ）クリーニングのためにビーム光学部品１を容易に分解したり再組立てできるという課題に直面している。これらの課題を解決するため、ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、これら静電ミラーを第１の電極３と第２の電極５との間にこれらのそれぞれの凹部５６（図２ｃ参照）のところで配置するために用いられ、ディスタンスピース２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、これら静電ミラーを第２の電極５と第３の電極７との間でこれらのそれぞれ凹部５６のところに配置するために用いられ、保持片３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃはそれぞれ、電極をこれらのそれぞれのディスタンスピースに保持するために用いられる。図４の機械的ミラー設計に関する詳細は、図３ａ及び図３ｂの静電レンズ１の説明から理解できる。というのは、機械的な観点から、図５のミラーは、本質的には、穴を備えた第３の電極（図３ａ及び図３ｂ参照）に代えて球形凹み１７を備えた第３の電極（図４参照）を用いていることだけにおいて図３ａ及び図３ｂの静電レンズと異なっているからである。
【００５７】
図５は、荷電粒子ビーム６３の分光計（スペクトロメータ）としての役目を果たすために用いられる本発明の別のビーム光学部品を開示している。図４の分光計１は、荷電粒子ビーム６３の入口としての第１の開口部９及び荷電粒子ビームの出口としての別の第１の開口部９ａと備えた第１の電極と、荷電粒子ビーム６３のエネルギー分布に従って荷電粒子ビームを分散させる第１の構造化部分１５を備えた第２の電極５とを有している。図４の場合と同様、図５の構造化部分１５はこの場合も、第２の電極５に設けられた平面状、球面状又は非球面状の凹みであるのがよい。さらに、構造化部分は、所要の仕様に応じて荷電粒子ビーム６３を分散させるために、第１の開口部９及び別の第１の開口部９ａに対して高精度で同軸状に位置合わせされる必要がある。これは、図２ａ及び図２ｂの場合と同様に、第１及び第２の電極３，５を第１の電極３と第２の電極５との間に設けられたディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃによって位置決めし、２つの電極をこれらのそれぞれのディスタンスピースに保持するようそれぞれの保持片３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃを取り付けることにより達成される。図５の分光計に関する詳細は、図２ａ及び図２ｂの静電レンズ１の説明から理解できる。というのは、機械的な観点からは、図５の分光計は、主として、穴を備えた第２の要素（図２ａ及び図２ｂ参照）に代えて丸形凹部１５を備えた第２の電極（図５参照）を用いた点において図２ａ及び図２ｂの静電レンズと異なっているからである。
【００５８】
図６〜図１１は、主として保持片の構造及びそれぞれのディスタンスピースへの保持片の取付け方において異なっているビーム光学部品を開示している。この関係で言及されるべきこととして、本発明は、保持片をそれぞれのディスタンスピースに取り付ける機構に依存しない。取付けは、ねじ止め、接着、ろう付け又は保持片をそれぞれのディスタンスピースに直接締結するのに適した任意他の方法によって実施できる。さらに、同一のビーム光学部品内で種々の取付け法を区別無く使用できることは明らかである。さらに、当業者であれば、特定の場合の各々についてどの取付け方が用いられるべきかの知識を持ち合わせている。
【００５９】
図６は、図３ａ及び図３ｂのビーム光学部品１を示しており、相違点は、この装置の保持片が、ねじではなく、それぞれのディスタンスピース又は間隔保持要素にねじ込まれる止めねじ５１であるということである。さらに、図６Ａでは、止めねじ５１にそれぞれ螺着されたナット５２が、圧力をそれぞれの電極３，５，７に及ぼしてこれら電極をそれぞれのディスタンスピースに当接させるために用いられている。電極３，５，７をそれぞれのディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃに当接させる圧力は、ナット５２を止めねじ５１上で回す回数によって調節できる。図６の保持片は、それぞれの止めねじ５１がそれぞれのディスタンスピース内に永続的に留まることができるという利点を有している。というのは、ビーム光学部品の分解のためにそれぞれの電極を取り外す際に、ナット５１だけを取り外せば済むからである。このように、止めねじ５１は、ディスタンスピースの穴の中に接着され又はろう付けされるのがよく、それにより、止めねじだけの場合と比較して、取付け強度が向上する。
【００６０】
本発明の別の改良例が、図７に開示されており、この改良例では、ナット５２とそれぞれの電極との間のばね５３が、圧力を電極に及ぼすために用いられている。ばねによりそれぞれの電極に及ぼされる圧力は主として、ナットの回し回数ではなくばねの種類で決まるので、所与の電極への各保持片の圧力はほぼ同一である。これにより、隣り合う電極相互間の位置合わせ不良が一段と減少する。好ましくは、ビーム光学部品の各保持片は、良好に定められる圧力をそれぞれの電極全てに加えるためにばねから成る。
【００６１】
本発明の更に別の改良例が、図８に開示されている。図８では、球形のディスタンスピース２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、それぞれの球形ディスタンスピースの側方広がりを制限するためにくびれ５４を備えている。くびれた状態の球体は、球形ディスタンスピースが開口部９，１０，１１を通る荷電粒子ビームを妨害するほど隣り合う電極相互間の最小直径が大きい場合に生じる問題に対する解決策となり得る。
【００６２】
「くびれ」という用語は、広い意味に理解されるべきである。これは、球形物体の側方広がりを減少させる任意の形状を指している。くびれた球形ディスタンスピースを用いた場合、ディスタンスピースの側方広がりを最小限に抑えながら隣り合う電極相互間の位置合わせを定める上で球という形状の利点を享受することができる。例えば、くびれは、あたかも２つ以上のくびれで構成されているかのような形状のものであってもよい。多数のくびれを持つ形態は、くびれた球体の表面に沿う１つの電極から隣の電極への経路を１つだけのくびれの場合よりも長くすることができるという利点がある。この効果は、２つの電極相互間の絶縁耐力を向上させるために当該技術分野においては周知である。
【００６３】
本発明の別の改良例が、図９に開示されている。図９では、凹部５５が第１の電極３に設けられており、その目的は、保持ねじ５０のボルト頭を電極３の上面の下に落ち込ませる又は納めることにある。保持ねじのボルト頭を落ち込ませ又は収納せずにボルト頭が隣の電極に又近過ぎるようになる場合があり、これは、２つの電極相互間に電圧を印加したときにアークを容易に生じさせる場合がある。したがって、保持ねじ５０のボルト頭を落ち込ませることにより、隣り合う電極相互間の絶縁耐力が向上し、それにより、ビーム光学部品を高エネルギービーム用途に用いることができる。この場合も又、図９は、球形ディスタンスピース２０ａにねじ込まれた状態で電極３の凹部５５内に落ち込み状態の保持ねじ５０を示しているが、保持片を電極内に落ち込ませる方法は、ビーム光学部品の任意他の電極及びディスタンスピースにも適用できる。
【００６４】
図１０ａ〜図１０ｃは、本発明の別のタイプの保持片を備えた球形ディスタンスピース２０ａの互いに異なる図である。図１０ａ〜図１０ｃの保持片を、本明細書において説明した他のビーム光学部品のうちの任意のものに用いることができる。
【００６５】
図１０ａは、２つの切欠きピン５７、即ち、切欠き６２が刻み込まれたピンを備える球形ディスタンスピース２２ａの中心を通る断面を示している。切欠き付きピン５７は、例えば接着又はろう付けにより球形ディスタンスピース２２ａに取り付けられている。図１０ａ及び図１０ｃで理解できるように、切欠き付きピン５７は、切欠き６２内に挿入されたばね５３によって、電極３よりばね５３に及ぼされた圧力下で、電極３を球形ディスタンスピース２０ａに当接させるために用いられている。このように、電極３は、この種のばねにより本質的に与えられる圧力で球形ディスタンスピース２２ａに下向きに押し付けられる。図１０ｃは、切欠き付きピン５７の方向に見たばね５３を備えた切欠き付きピン５７を詳細に示している。
【００６６】
図１０ａ〜図１０ｃでは、球形ディスタンスピースは。Ａｌ2Ｏ3で作られている。Ａｌ2Ｏ3のような材料で作られた幾何学的精度が１マイクロメートル以下の球体の製作は、当該技術分野においては周知である。球体の直径は、極めて自由に選択できる。荷電粒子ビーム装置への利用の場合、球体は代表的には直径が１ｍｍ〜１００ｍｍである。図１０ａ〜図１０ｃでは、球形の直径は、１５ｍｍである。高エネルギービームへの利用の場合、球体の直径は、実際には、かかる高エネルギーにより必要とされる電極相互間の高電圧に耐えるために、１００ｍｍを超えなければならない場合がある。
【００６７】
図１０ａ〜図１０ｃに示すような種類の球形ディスタンスピースも又、Ａｌ2Ｏ3以外の材料から作ることができるが、その条件としては、（ａ）材料が絶縁性であること、（ｂ）材料が高い幾何学的精度で球体に形作ることができること、（ｃ）材料がそれぞれの保持片により球体に押し付けられる電極によって及ぼされる圧力に耐えるのに十分硬いことである。例えば、球形ディスタンスピースは、絶縁セラミック、ガラス、サファイア等のような材料で作られるのがよい。
【００６８】
図１０ａ〜図１０ｃの切欠き付きピン５１は、例えば、ピンを球形ディスタンスピース内にろう付けするためのステレンス鋼、チタン（titan）又はベーコン（vacon）で作られる。しかしながら、他の導電性材料又は非導電性材料も使用できる。図１０ａ〜図１０ｃでは、切欠き付きピン５１は、接着により球形ディスタンスピース２２ａに取り付けられている。これを行うために、２つの穴を、球体の同一軸線に沿って互いに反対側の側で球形ディスタンスピース２２ａにあける。次に、２つの切欠き付きピン５１をそれぞれ何らかの接着剤を穴の中に充填した後に、それぞれの穴に挿入する。
【００６９】
切欠き付きピン５７の他端部切欠き６２は、電極を球形ディスタンスピース２２ａに当接するために明確に定められる力を電極に及ぼすためにばね５３を定位置に保持するのに役立つ。図１０ａ及び図１０ｃに示すようなばね５３を用いた場合、保持片により電極に及ぼされる力が本質的に、ばねのタイプで決まる。図１０ａ〜図１０ｃの保持片設計は、これがばねを保持するナット５２を必要としないという点において、図５及び図６の設計とは異なっている。したがって、保持片は、定位置に取り付けやすい。
【００７０】
この場合も又、本発明の切欠き付きピン５７は、必ずしも、図１０ａ〜図１０ｃに示すような種類のものである必要はない。これとは異なり、ピン５１は、それぞれの球形ディスタンスピースにねじ込まれるねじ山を有するのがよい。当業者であれば、電極をそのそれぞれのディスタンスピースに当接させ、保持片がディスタンスピースに取り付けられるように保持片を形成できる他の多くの方法についての知識を有することは明らかである。
【００７１】
図１１は、３つの電極３，５，７を有するビーム光学部品１の別の改良例を開示している。図３ａ、図４、又は図６〜図８の設計とは対照的に、図１１のディスタンスピース２０ａは、共通ディスタンスピース軸線５９に沿って別のディスタンスピース２２ａの頂部上に位置決めされる。この設計は、保持片が保持片に接近するためのそれぞれの隣り合う電極に設けられる凹み開口部４０ａ，４２ａを必要としないので可能である（図３ａ、図４又は図６〜図８を参照）。図１１では、保持片３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａは、ばね５３を横から切欠き付きピン６２上に摺動させることにより組み立てることができるタイプの切欠き付きピン５７のものである（図１０ｃ参照）。このように、ばね５３を横から滑らせて出し入れし、それにより、接近のために第２の電極５に設けられたフライス加工れさた凹み袋部５５ｂを用いることにより第２の電極５を２つの球形ディスタンスピース２０ａ，２２ａから着脱させることが可能である。これにより、ビーム光学部品の設計が単純化させる。また、図１１の設計により、図３ａ、図４又は図６〜図８の凹み開口部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃを省くことができるのでビーム光学部品の回転対称が向上する。良好な回転対称は、静電レンズの良好な合焦品質にとって重要である。
【００７２】
図１１は又、対応の保持片３０ａ，３６ａも又落ち込ませるよう第１の電極３及び第３の電極７に設けられた開放凹部５５ａを開示していることに注目されたい。これは、図９の場合と同様、高電圧を印加した場合にアークを生じる理由となり得る電界ピークを最小限に抑えるのに役立つ。
【００７３】
図１２ａ及び図１２ｂは、荷電粒子ビーム６３を合焦させる磁界を用いる本発明のビーム光学部品２０１（磁気レンズ）を開示している。図１２ａは、磁束を磁気レンズ２０１に与える磁気コイル２２４を有する磁気レンズシステムを概略的に示し、図１２ｂは、磁気レンズシステムの磁気レンズ２０１だけを示している。図１２ｂの磁気レンズ２０１は、回転対称の第１及び第２の磁極片（ポールピース）２０３，２０５（図１及び図２の要素）を有し、これら磁極片２０３，２０５は、それぞれの第１及び第２の開口部２０９，２１０を有し、荷電粒子ビーム６３がこれら開口部を通過する領域に合焦磁界をもたらすようになっている。合焦の品質はマイクロメートル範囲内で第１の開口部２０９と第２の開口部２１０を同軸状に位置合わせできるかどうかで強く作用される。先の図に記載された電極システムの場合、かかる位置合わせ上の高い精度は、互いに等しい球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、第１の磁極片２０３を球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃに当接させる第１の保持片３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、第２の磁極片２０５を球形ディスタンスピース２０ａ，２０ｂ，２０ｃに当接させる第２の保持片３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、及び磁極片２０３，２０５に設けられていて、それぞれの磁極片２０ａ，２０ｂ，２０ｃを収納状態で受け入れる凹部５６（図２ｃ参照）で達成できる。保持片は、電極システムの場合と同一であるのがよく、図１２ｂでは、保持片は各々、図１０ａ〜図１０ｃに記載したような切欠き付きピン５７及びばね５３で構成される。
【００７４】
図１２ａは、磁束を磁気合焦レンズ２０１に与える仕方を示している。図１２ａでは、合焦レンズの光軸に対して回転対称である磁気コイル２２３が示されており、この光軸は、図１２ａ及び図１２ｂでは、荷電粒子ビーム６３で表されている。コイル２２４は、ヨーク２２０によって更に包囲されており、このヨークは、磁気コイル２２３の磁束を磁気合焦レンズ２０１に伝える。図１２ａの第２の磁極片２０５は、開口部２１０のところでの磁束を最大にするためにヨーク２２０に組み込まれている。これとは対照的に、第１の磁極片２０３は、第２の磁極片２０５に対する第１の磁極片２０３の位置合わせのための隙間を提供するために、細い空気スリット２２６によりヨーク２２０から離されている。
【００７５】
図１２ａ及び図１２ｂの磁気合焦レンズは、ビーム光学部品が磁界を用いることにより荷電粒子ビームに作用することができる多くの方法のうちの１つを説明するための特定の非限定的な実施形態に過ぎない。当業者であれば、磁極片をデフレクタ、分光計等にどのように使用すればよいかを知っているであろう。当業者であれば又、本明細書の説明から、他の磁気ビーム光学部品用途に合わせて本発明の保持片及びディスタンスピースの使用法を認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】アインゼル（Einzel）レンズ系の電極の位置を定めるために球体及び金属ねじを有する先行技術のアインゼルレンズ系を示す図である。
【図２ａ】２つの電極を備えた本発明の合焦ビーム光学部品（静電レンズ）を示す図である。
【図２ｂ】２つの電極を備えた本発明の合焦ビーム光学部品（静電レンズ）を示す図である。
【図２ｃ】図２ａ及び図２ｂの合焦ビーム光学部品の保持片の詳細図である。
【図３ａ】３つの電極を備えた本発明の合焦ビーム光学部品（静電レンズ）を示す図である。
【図３ｂ】３つの電極を備えた本発明の合焦ビーム光学部品（静電レンズ）を示す図である。
【図４】３つの電極を備えた本発明の反射ビーム光学部品（ミラー）を示す図である。
【図５】２つの電極を備えた本発明の分散ビーム光学部品（分光計）を示す図である。
【図６】各々が止めねじ及びナットを有する保持片を用いた３つの電極を有する本発明の静電レンズを示す図である。
【図７】各々が止めねじ及びナット及びばねを有する保持片を用いた３つの電極を備える本発明の静電レンズを示す図である。
【図８】「くびれた」球体で作られたディスタンスピースを有する本発明の静電レンズを示す図である。
【図９】電極の凹部内に収納された保持片を示す本発明のビーム光学部品の詳細図である。
【図１０ａ】本発明によって開示された第１の要素に取り付けられている球形ディスタンスピースの１つの図である。
【図１０ｂ】本発明によって開示された第１の要素に取り付けられている球形ディスタンスピースの別の図である。
【図１０ｃ】本発明によって開示された第１の要素に取り付けられている球形ディスタンスピースの別の図である。
【図１１】本発明の３つの電極又は磁極片を定位置に保持する保持片を示すビーム光学部品の詳細図である。
【図１２ａ】荷電粒子ビームを磁界によって合焦させるよう位置合わせされた２つの磁極片を有する本発明のビーム光学部品を示す図である。
【図１２ｂ】荷電粒子ビームを磁界によって合焦させるよう位置合わせされた２つの磁極片を有する本発明のビーム光学部品を示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【国際調査報告】
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