(57)【要約】      （修正有）【課題】発散角が大きくても、放出された電子ビームを平行化することが可能な静電レンズ装置を提供する。【解決手段】静電レンズシステムは、発散性を有する荷電粒子を放出する荷電粒子源１と、前記荷電粒子源１から放出された荷電粒子を平行化させるレンズ電極３と、放出された前記荷電粒子が集束し、前記レンズ電極３と電位差を有するターゲット電極と、を備え、前記レンズ電極３の内壁面３１は、荷電粒子の進行方向に行くにしたがって内径が大きくなる領域を有する筒状に形成されており、さらに、以下の曲面に沿うように規定される、静電レンズシステム。式（１）ｙ＝ｋ／ｘ（ｋ＜０，ｘ＞０）により表された曲線を、ｘ軸と平行な直線または前記曲線と２箇所で交差する直線の周りに回転させることで形成される曲面。【選択図】図１
2013211231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発散性を有する荷電粒子を放出する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を平行化させるレンズ電極と、
放出された前記荷電粒子が集束し、前記レンズ電極と電位差を有するターゲット電極と、
を備え、
前記レンズ電極の内壁面は、荷電粒子の進行方向に行くにしたがって内径が大きくなる領域を有する筒状に形成されており、さらに、以下の曲面に沿うように規定される、静電レンズシステム。
式（１）ｙ＝ｋ／ｘ（ｋ＜０，ｘ＞０）により表された曲線を、ｘ軸と平行な直線または前記曲線と２箇所で交差する直線の周りに回転させることで形成される曲面。
【請求項２】
発散性を有する荷電粒子を放出する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を平行化させるレンズ電極と、
放出された前記荷電粒子が集束し、前記レンズ電極と電位差を有するターゲット電極と、
を備え、
前記レンズ電極は、貫通孔が形成された複数の板材を所定間隔をおいて平行に配置することで、前記複数の貫通孔によって形成される筒状の内部空間を有し、
当該内部空間の内壁面は、荷電粒子の進行方向に行くにしたがって内径が大きくなる領域を有する筒状に形成されており、さらに、以下の曲面に沿うように規定される、静電レンズシステム。
式（１）ｙ＝ｋ／ｘ（ｋ＜０，ｘ＞０）により表された曲線を、ｘ軸と平行な直線または前記曲線と２箇所で交差する直線の周りに回転させることで形成される曲面。
【請求項３】
前記レンズ電極の最大内径Ｄに対する、当該レンズ電極の内壁面として用いられる長さＬの割合Ｌ／Ｄが、０．６５＜Ｌ／Ｄ＜１．６５である、請求項１または２に記載の静電レンズシステム。
【請求項４】
前記直線がｘ軸となす角αは、０°≦α≦４５°を充足する、請求項１から３のいずれかに記載の静電レンズシステム。
【請求項５】
前記レンズ電極の最大内径Ｄに対する、当該レンズ電極の内壁面として用いられる長さＬの割合Ｌ／Ｄが、０．９５＜Ｌ／Ｄ＜１．３５である、請求項４に記載の静電レンズシステム。
【請求項６】
前記αは、１１°＜α＜２１°を充足する、請求項５に記載の静電レンズシステム。
【請求項７】
前記レンズ電極と前記ターゲット電極との間に配置される、少なくとも一つの付加レンズ電極をさらに備え、
前記付加レンズ電極は、前記荷電粒子が通過する貫通孔が形成されている、請求項１から６のいずれかに記載の静電レンズシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電レンズシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高輝度の荷電粒子源として、点光源の電界放出型の電子源またはイオン源が注目されている。その１つの電界放出型の電子源は、電子を放出する陰極の先端を尖らせ、対抗電極との間に電圧を印加することで陰極の先端に高い電界を形成する。こうして、電子が陰極からトンネル効果で真空中に放出される。このように真空中に放出された電子は発散していくのであるが、これを収束するために静電レンズが提案されている。静電レンズは、一般に複数の電極で形成され、これに電圧を印加することで電極間に電位分布を作り出し、その分布が作り出す電界によって、電子ビームを集束するものである。これにより、発散された電子ビームを平行にすることができ、電子ビームを有効に活用することができる。より詳細には、平行化された電子ビームは、静電レンズを使用して一点に集中することができるという利点があり、さらに、加速や減速をする際、特に減速を行う際には、失われる電子ビームが少ないという利点もある。このような電子ビームは、例えばＸ線管に用いることができる。
【０００３】
ところで、電子の発散角が小さければ、上記のような静電レンズであっても、電子ビームを平行化することができるが、このようなビームを集束するレンズは、例えば、下記の非特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ishikawa et al., Nucl. Instrum. Meth. B 21 (1987) 186, Mori et al., Rev. Sci. Instrum. 61 (1990) 1847
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１に記載のようなレンズを用いても、軸付近と周辺での集束効果が異なるため、例えば、半角で１５°といったような大発散角を有するビームを集束して輸送することは可能であるが、平行化することは難しかった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、発散角が大きくても、放出された電子ビームを平行化することが可能な静電レンズシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る第１の静電レンズシステムは、発散性を有する荷電粒子を放出する荷電粒子源と、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を平行化させるレンズ電極と、放出された前記荷電粒子が集束し、前記レンズ電極と電位差を有するターゲット電極と、を備え、前記レンズ電極の内壁面は、荷電粒子の進行方向に行くにしたがって内径が大きくなる領域を有する筒状に形成されている。さらに、式（１）ｙ＝ｋ／ｘ（ｋ＜０，ｘ＞０）により表された曲線を、ｘ軸と平行な直線または前記曲線と２箇所で交差する直線の周りに回転させることで形成される曲面により、レンズ電極の内壁面の形状が特定される。
【０００８】
また、本発明に係る第２の静電レンズシステムは、発散性を有する荷電粒子を放出する荷電粒子源と、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子を平行化させるレンズ電極と、放出された前記荷電粒子が集束し、前記レンズ電極と電位差を有するターゲット電極と、を備え、前記レンズ電極は、貫通孔が形成された複数の板材を所定間隔をおいて平行に配置することで、前記複数の貫通孔によって形成される筒状の内部空間を有し、当該内部空間の内壁面は、荷電粒子の進行方向に行くにしたがって内径が大きくなる領域を有する筒状に形成されている。さらに、当該内壁面は、式（１）ｙ＝ｋ／ｘ（ｋ＜０，ｘ＞０）により表された曲線を、ｘ軸と平行な直線または前記曲線と２箇所で交差する直線の周りに回転させることで形成される曲面に沿うように規定される。
【０００９】
上記静電レンズシステムにおいては、前記レンズ電極の最大内径Ｄに対する、当該レンズ電極の内壁面として用いられる長さＬの割合Ｌ／Ｄが、０．６５＜Ｌ／Ｄ＜１．６５とすることができる。
【００１０】
上記静電レンズシステムにおいては、前記直線がｘ軸となす角αが、０°≦α≦４５°を充足するものとすることができる。
【００１１】
また、上記静電レンズシステムにおいては、０．９５＜Ｌ／Ｄ＜１．３５充足するものとすることができる。このとき、１１°＜α＜２１°とすることが好ましい。
【００１２】
また、上記静電レンズシステムにおいては、レンズ電極とターゲット電極との間に、少なくとも一つの付加レンズ電極をさらに設けることができる。各付加レンズ電極は、前記荷電粒子が通過する貫通孔が形成されている。このような追加レンズ電極を設けることで、荷電粒子の平行化をさらに確実に行うことができる。また、追加レンズ電極の電位を調整することで、荷電粒子の減速を制御しやすくなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る静電レンズシステムによれば、発散角が大きくても、放出された電子ビームを平行化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る静電レンズシステムの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の静電レンズシステムのレンズ電極の内壁面の形成方法を示す図である。
【図３】図１の静電レンズシステムのレンズ電極の内壁面の形成方法を示す図である。
【図４】図１の静電レンズシステムのレンズ電極の内壁面の形成方法を示す図である。
【図５】図１の静電レンズシステムのレンズ電極の内壁面の形成方法を示す図である。
【図６】図１の静電レンズシステムのレンズ電極の内壁面の形成方法を示す図である。
【図７】図１の静電レンズシステムの動作を示す断面図である。
【図８】静電レンズシステムのレンズ電極の内壁面の他の形成方法を示す図である。
【図９】図１の静電レンズシステムの他の例を示す断面図である。
【図１０】実施例１〜６のレンズ電極を示す断面図である。
【図１１】実施例におけるＬ／Ｄと電子ビームの発散角の関係を示すグラフである。
【図１２】実施例３におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】実施例７〜９におけるレンズ電極を示す断面図、及びこれらの実施例における電子ビームの発散角と入射角との関係を示すグラフである。
【図１４】実施例１０〜１２におけるレンズ電極を示す断面図、及びこれらの実施例における電子ビームの発散角と入射角との関係を示すグラフである。
【図１５】実施例１３におけるレンズ電極を示す断面図、及びこれらの実施例における電子ビームの発散角と入射角との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る静電レンズシステムの一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、この静電レンズシステムの概略構成を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、電子の進行方向の下流側を「前」「先」、上流側を「後」と称することとする。
【００１６】
図１に示すように、このシステムは、電子が照射される照射源１と、この照射源１から照射される電子に電界を印加するゲート電極２と、を備えている。さらに、ゲート電極２の前側に、電子源１から照射された電子を平行化させるレンズ電極３が設けられている。
【００１７】
照射源１は、板状のカソード基板１１と、このカソード基板１１上に設けられ先端が尖ったエミッタ１２とで形成されている。カソード基板１１は、公知の材料で形成され、例えばシリコンを主成分とする材料で形成されている。すなわち、シリコン基板、またはこれに不純物が含まれた基板でもよいが、電気伝導性を有する材料で形成されていればよい。エミッタ１２も、カソード基板１１と同様の材料で形成することができる。また、エミッタ１２は、カソード基板１１と電気的に導通していればよく、カソード基板１１と一体的に形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。ゲート電極２は、板状に形成されており、照射源１の前側に所定間隔をおいて配置されている。また、ゲート電極２には、照射源１のエミッタ１２が挿入される円形の貫通孔２１が形成されており、荷電粒子源１のエミッタ１２は、この貫通孔２１を介して露出している。但し、エミッタ１２は、ゲート電極２からは突出しておらず、エミッタ１２の先端は、貫通孔２１の内部に配置されている。ゲート電極２は、多結晶シリコン、その他、金属などの導電性材料で形成することができる。なお、上記カソード基板１１、エミッタ１２、及びゲート電極２が、本発明の荷電粒子源に相当する。
【００１８】
ゲート電極２の前側には、所定間隔をおいて筒状のレンズ電極３が配置されている。レンズ電極３の内壁面３１は、エミッタ１２から延びる軸線Ｘに沿って、電子の進行方向にいくにしたがって概ね径が大きくなる曲面状に形成されている。レンズ電極３の後端側は、照射源１のエミッタ１２が露出する円形の後端開口３２が形成されている。この後端開口３２は、ゲート電極２の貫通孔２１よりもやや大きい径を有している。そして、後端開口３２から前側にいくにしたがって内壁面３１の径は大きくなっている。このように、内壁面３１の形状は、後端から前端へ向かって内径が漸進的に大きくなる形状のほか、漸進的に内径が大きくなった後、やや小さくなるような形状とすることもできるが、この点は後述する。また、このレンズ電極３は、例えば、金属、グラファイト、シリコンを主成分とする材料など電気伝導を持つ材料で形成することができる。そして、上記各電極には、所定の電圧が印加される。
【００１９】
レンズ電極３の前方には、後述する図７に示すように、荷電粒子が到達するターゲット電極４が設けられている。このターゲット電極４は、平板状に形成され、荷電粒子のエネルギーを決めるものであり、レンズ電極３と電位差があればよいが、例えば、１Ｖ〜ゲート電極と同じ電位となる程度の電位差があればよい。なお、ターゲット電極４の形状は特には限定されず、上記のような平板状のほか、針状、突起状など、種々の形態にすることができる。特に、針状、突起状の電極を用いると、荷電粒子が集束しやすくなる。
【００２０】
続いて、レンズ電極３の内壁面３１の形状についてさらに詳細に説明する。この内壁面３１の形状は、次のように規定することができる。以下、図２〜図５を用いて説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、以下の式により、ｘｙ平面上に曲線Ｓ１を規定する。
ｙ＝ｋ／ｘ      （ｋ＜０、ｘ＞０）      （１）
次に、図２（ａ）に示すように、式（１）で特定される曲線Ｓ１と交差する直線Ｃを規定する。具体的には、以下の式（２）で表される。
ｙ＝（ｔａｎα）ｘ＋ｙ0＝ａｘ＋ｙ0        （２）
但し、ａ＝ｔａｎα＞０，ｙ0＜０
【００２１】
この直線Ｃは、ｙ軸上の（０，ｙ0）を通過し、Ｘ軸から角度αだけ傾斜するとともに、曲線Ｓ１と２箇所で交差する。なお、上記式（１）のｋの値は、曲線Ｓ１と直線Ｃとが２点で交差する限り、特には限定されない。
【００２２】
そして、曲線Ｓ１を直線Ｃ周りに回転させると、図２（ｂ）に示すように、筒状の曲面が形成される。これがレンズ電極３の内壁面３１となる。このとき、レンズ電極３の最大内径Ｄは、以下の式（３）で表される。
【００２３】
【数１】
2013211231.tif 000003
また、レンズ電極３の内壁面３１の上流側の起点からＤを与える回転軸（軸線Ｘ）上の点までの距離ｌは、以下の式で与えられる。
【００２４】
【数２】
2013211231.tif 000004
【００２５】
ここで、αは、０°＜α≦４５°であることが好ましく、１１°＜α＜２１°であることがさらに好ましい。但し、４５°を越えても実施は可能であるが、傾きが大きくなるほど、レンズ電極の先端開口が狭くなるため、次に説明するＬ／Ｄにもよるが、あまり好ましくない。また、レンズ電極３の最大内径Ｄに対する、レンズ電極３の内壁面３１として用いられる長さＬの、最大内径Ｄに対する割合Ｌ／Ｄは、０．６５＜Ｌ／Ｄ＜１．６５とすることが好ましく、０．９５＜Ｌ／Ｄ＜１．４とすることがさらに好ましく、０．９５＜Ｌ／Ｄ＜１．２とすることが特に好ましい。
【００２６】
上述したレンズ電極３の内壁面は、次のように規定することもできる。但し、以下の方法は、実質的には、図２に示す方法と同じである。まず、図３に示す上記曲線Ｓ１をｘ方向及びｙ方向にそれぞれ（ｘ0，ｙ0）だけ平行に移動させ、図４に示すように、曲線Ｓ２を形成する。このとき、ｙ＝ｙ0，ｘ＝ｘ0で表される軸ｘ’，軸ｙ’は、曲線Ｓ２の漸近線となる。続いて、図５に示すように、曲線Ｓ２をｘｙ平面上で角度αだけ回転させて曲線Ｓ３を形成する。これに続いて、図６に示すように、曲線Ｓ３をｘ軸周りに回転させると、筒形状が形成される。これがレンズ電極３の内壁面３１の形状となる。このような方法であっても図２と同様にレンズ電極３の内壁面３１を定義することができ、例えば、上述した距離ｌは、式（３−２）を用いて得ることができる。なお、α及びＬ／Ｄは、上述したのと同じ値にすることができる。
【００２７】
次に、上記のように構成された静電レンズシステムの動作について、図７を参照しつつ説明する。ここでは、照射源１を、電界放出型の電子源とする。まず、カソード基板１１と、ゲート電極２及びレンズ電極３との間に電圧を印加する。より詳細には、カソード基板１１はエミッタ１２と導通しているので、エミッタ１２とゲート電極２との間にも電圧が印加される。このとき、ゲート電極２を正極側にして直流電圧を印加すると、エミッタ１２の先端部に電界が集中し、電界放出現象により、エミッタ１２の先端から電子が放出される。また、レンズ電極３には電子を追い返すようなカソードに近い直流電圧が印加されている。こうして、図７に示すように、エミッタ１２から放出された電子は、ゲート電極２を通過するときには、発散しながら前進するが、レンズ電極３を通過しながら平行化されていき、平行化された状態で前進していく。そして、例えば、ターゲット電極４に、ゲート電極２と同じ電位を与えると、電子は再び加速されるが、この際、レンズ電極３とターゲット電極４の間の電界は平行平板間の電界に近いため、電子は平行化された状態で進んでいく。このような荷電粒子ビームは、従来のレンズで容易に収束させることができるので、電子線照射装置、電子デバイス、その他の家電ビーム応用工業製品に利用される。なお、電界放出型のイオン源、ガス電界電離型のイオン源でも同様にして利用することができる。
【００２８】
以上のように、本実施形態によれば、レンズ電極３の内壁面の形状が、上述したように形成されているため、発散するように放出された荷電粒子を平行化することができ、平行化されたまま前進させることができる。したがって、平行化された荷電粒子に対し、例えば、通常の二枚電極の静電減速系を用いて反対方向の電界を印加すると、一様に低いエネルギーの荷電粒子を生成することができる。特に、荷電粒子が平行に飛行しないと、異なる横方向の速度成分を持つ荷電粒子が混在することになり、一様に低いエネルギーにすることができない。その結果、目的位置までに失われる可能性があり、低エネルギーの電子ビームを必要とする装置で利用することができない。これに対して、本実施形態では、上記のようなレンズ電極３を用いることで、電子ビームの平行化が可能となり、一様な減速を行うことができる。
【００２９】
続いて、上記レンズ電極３により電子ビームを平行化することができるメカニズムについて検討する。今、電子ビームの進行方向をｚ軸に、それと垂直な方向をｒ軸とする。電子は原点Ｏから初速度ｖ0で出発する。この電子は、上記のように先端が尖ったエミッタ１２から放出されており、極めて小さい領域から放出されるので、ある一点から放出されると見なすことができる。電子はある点から放出され、発散するように異なる方向に放出されるが、いずれも同じ加速電圧Ｕで加速されている。このため、初速度の大きさは同じである。したがって、ｚ軸に対して角度θで放出される電子の初速度の各方向成分は以下の式で示される。
【００３０】
【数３】
2013211231.tif 000005
ここで、
【００３１】
【数４】
2013211231.tif 000006
【００３２】
である。一般に、荷電粒子ビームのレンズを考えるときは、軸付近を通り、且つｚ軸に対して極めて小さい角度を持つビームを対象とする。例えば、電子顕微鏡におけるレンズなどがその例である。これに対して、大きい発散角をもつ電子ビームでは、速度に径方向成分があるとともに、ビーム進行方向であるｚ方向の速度がビームの角度θによって変わる。
【００３３】
例えば、ある静電レンズにおいて、レンズの領域内の点(r, z)における加速電界（電位の位置微分で定義）の径方向成分（ｅＦｒ（ｒ，ｚ）で電子に働く力となる）をＦｒ（ｒ，ｚ）、進行方向成分Ｆｚ（ｒ，ｚ）とすると、運動方程式は、以下の通りになる。
【００３４】
【数５】
2013211231.tif 000007
このとき、電子ビームの平行化の条件は、以下の通りである。
【００３５】
【数６】
2013211231.tif 000008
【００３６】
但し、ここでｒとｚは、電子の時刻ｔにおける位置であるので、時刻ｔの関数ｒ＝ｒ（ｔ），ｚ＝ｚ（ｔ）と考える。したがって、式（７）は以下のように書くこともでき、径方向の運動量をゼロにすることである。
【００３７】
【数７】
2013211231.tif 000009
平行化のためには、上記積分右辺のｒにおける粒子の位置（ｒ，ｚ）よりも後では、径方向の力を受けないことが必要となる。すなわち、
【００３８】
【数８】
2013211231.tif 000010
【００３９】
一般のレンズで、ある点から放出されたあまり角度の大きくない電子ビームを平行にすることはよく議論される。この際、先に述べたように、進行方向の速度はほとんど同一と考えている。軸付近の電界分布は近似的に、
【００４０】
【数９】
2013211231.tif 000011
【００４１】
と、径方向位置に比例する。角度の大きい粒子、すなわち径方向運動量の大きい粒子に対して、それに応じた力が加わることにより、平行化することができる。発散角が極めて大きくなると、軸付近のみの電界ではなく、かなり大きな径方向位置に対しても式が成り立つ必要があるが、実際にはこれを実現することができない。これが、大発散角ビームの平行化が通常のレンズで実現しがたい理由である。
【００４２】
しかしながら、発散角が大きいビームに対しては、式は同じｚの位置で成立する必要はない。なぜなら、このようなビームにおける電子の運動は、軸から離れる粒子ほど、進行方向速度が遅く、ビームの進行に伴い、ｚ方向の位置が変わってくるためである。このような条件は、通常の静電レンズでは実現されていないが、異なる電極形状を持つ電極でこれを満足する電界を形成できれば、大発散角を有する電子ビームを平行化することができる。
【００４３】
上記システムでは、このような条件が満足されているものと考えられる。すなわち、異なる発散角を有する電子のそれぞれに対して径方向電界のない領域まで飛行する時間ｔを考え、
【００４４】
【数１０】
2013211231.tif 000012
【００４５】
を満足するように電界Ｆ（ｒ，ｔ）を形成することができているものと考える。この条件を満足する電界の解は１つとは限らず、上記のような内壁面の形成により、平行化が可能な条件を作り出すことかできるものと考えられる。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、荷電粒子源としての電界放出型の電子源と、これに電界を印加するゲート電極を用いているが、これに代えて、イオンが照射されるイオン源と、このイオン源から照射されるイオンに電界を印加するゲート電極とを用いることもできる。イオン源としては、例えば、液体金属イオン源、ガス電界電離イオン源などを用いることができる。静電的なレンズについては、電子と正イオンで極性の違いはあるものの、イオンの質量が重いことによる特性の差はなく、したがって、電圧を単に反転するだけで、まったく同様の議論が可能となる。
【００４７】
上記実施形態では、曲線Ｓ１を、直線Ｃの周囲に回転させることで、レンズ電極の内壁面を規定しているが、例えば、図８に示すように、ｘ軸に平行な直線、つまり、上述した角度αが０°の直線の周りに曲線Ｓ１を回転させることで、レンズ電極の内壁面を規定することもできる。このようにすると、軸方向に進むにしたがって、内径が広がり続ける内壁面が形成される。
【００４８】
また、レンズ電極の内壁面は、必ずしも連続していなくてもよく、例えば、大きさの異なる円形の貫通孔５２が形成された複数の平板５１を準備し、これを平行に並べることで、近似的に内壁面を形成してもよい。すなわち、図９に示すように、レンズ電極の中心軸Ｘが各平板５１の貫通孔５２の中心を通過するように配置し、さらに、貫通孔の内周が、レンズ電極の内壁面に一致するように配置する。このような構成であっても、上述した効果を得ることができる。なお、平板間の距離は、例えば、レンズ電極の長さＬの２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがさらに好ましい。
【００４９】
また、レンズ電極３とターゲット電極４との間に少なくとも一つの追加のレンズ電極を配置することもできる。追加レンズ電極は、荷電粒子が通過する円形の貫通孔を有しており、この貫通孔の中心を、中心軸Ｘが通過するように配置される。追加レンズ電極の貫通孔の径は、レンズ電極３の下流側の開口の径と同等またはこれよりも大きいことが好ましい。また、この追加レンズ電極が配置されて位置は特には限定されないが、レンズ電極３の下流側開口付近に配置することが好ましい。複数の追加レンズ電極を用いる場合には、所定間隔をおいて平行に配置することができる（図１５参照）。レンズ電極３と１つ目の追加レンズ電極（レンズ電極３に近い電極）の間の電界が、追加レンズ電極を用いない場合のレンズ電極３とターゲット電極４の間に形成される電界と同程度となるようにすることが望ましい。このような追加レンズ電極を配置することで、荷電粒子をさらに確実に平行化することができる。さらに、追加レンズ電極の電位を調整することで、荷電粒子の減速を容易に制御することができる。例えば、複数の追加レンズ電極を用いる場合、上記のように、レンズ電極３とこれに最も近い追加レンズ電極の間に電位差を設けて電子ビームの加速を行うとともに、最もターゲット電極に近い追加レンズ電極とターゲット電極４との間の電位差がないようにして無電界空間を形成することで、電子ビームの減速を行うことができる。
【実施例】
【００５０】
以下、本発明の実施例について説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されない。ここでは、図１に示す静電レンズシステムについて６つの実施例をシミュレーションにより作製し、その効果を検討した。各実施例においては、レンズ電極の形状を変更している。レンズ電極の内壁面については、それぞれ、図２に示す方法で作製した。以下のシミュレーションでは、いずれの実施例においても、エミッタに−１０Ｖ、ゲート電極に４０Ｖ、レンズ電極に−９．６Ｖ、ターゲット電極に０Ｖの電圧を印加し、エネルギーが５０ｅＶの電子ビームを、ゲート電極から半角が１５度で発散するようにした。また、ゲート電極からレンズ電極までの距離を２．５ｍｍ、ゲート電極からターゲット電極までの距離は１５０ｍｍとしている。その他のパラメータは、以下の通りである。
【００５１】
【表１】
2013211231.tif 000013
【００５２】
また、実施例１〜６に係るレンズ電極を図１０に示す。以上の条件で電子ビームを発生させ、ターゲット電極に対して、電子ビームが入射する角度を算出した。入射角度とは、レンズ電極の軸方向Ｘに対する角度である。実施例１〜６におけるＬ／Ｄと、電子ビームの最大入射角の関係を図１１に示す。また、一例として、実施例３におけるシミュレーション結果を図１１に示す。最大入射角とは、種々の角度で発射された電子ビームのうち、最も大きい角度で入射した電子ビームの入射角度である。図１０によれば、実施例１〜６においては、最大入射角がいずれも±１°以内に収まっており、電子ビームの平行化が適切に行われているのが分かる。特に、実施例２〜４については、最大入射角が±０．５°以内に収まっている。また、図１２では、実施例３のシミュレーション結果を示しているが、図１２（ａ）で図示するように、電子ビームが平行化されて進行しているのが分かる。また、図１２（ｂ）は、電子ビームの発散角と入射角の関係を示している。例えば、−１０°〜１０°の範囲内でゲート電極から発射された電子ビームは、いずれも概ね０°の角度でターゲット電極に入射していることが分かる。
【００５３】
また、式（２）におけるαの値についても検討した。以下の表２に示すように、実施例７〜１２においてαの値が４５°，３５°，２０°，１０°，５°，及び０°に関するシミュレーションを行った。また、実施例９、１０及び１２においては、Ｌ／Ｄが比較的大きい場合でのαの検討も行った。図１３は、以下の実施例７〜９におけるレンズ電極の形状と、電子ビームの発散角と入射角の関係との関係を示すグラフであり、図１４は、実施例１０〜１２におけるレンズ電極の形状と、電子ビームの発散角と入射角の関係との関係を示すグラフである。
【００５４】
【表２】
2013211231.tif 000014
【００５５】
図１３及び図１４によれば、αが４５°以内において、また、Ｌ／Ｄが比較的大きくても、−１５°〜１５°の範囲内でゲート電極から発射された電子ビームは、いずれも概ね０°の角度でターゲット電極に入射していることが分かる。
【００５６】
さらに、静電レンズシステムに付加レンズ電極を設けた実施例１３についてもシミュレーションを行った。この実施例では、図１５（ａ）に示すように、レンズ電極とターゲット電極との間に、２つの付加レンズ電極、つまりリング状の第１付加レンズ電極及び第２付加レンズ電極を配置した。各電極間の距離は同図に示すとおりである。印加された電圧の条件は、以下の通りである。
(1)エミッタ：−５Ｖ
(2)ゲート電極：５０Ｖ
(3)レンズ電極：−１Ｖ
(4)第１付加レンズ電極：２４Ｖ
(5)第２付加レンズ電極：０Ｖ
(6)ターゲット電極：０Ｖ
なお、第２付加レンズ電極からターゲット電極までの間の空間は、無電界空間となる。
また、レンズ電極の形状に関するパラメータは以下の通りである。
【表３】
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結果は、図１５（ｂ）に示すように、−１５〜１５°という範囲でゲート電極から発射された電子ビームであっても、いずれも±０．７°以内の角度でターゲット電極に入射していることが分かる。また、エネルギーが５０ｅＶでゲート電極から発射した電子ビームは、ターゲット電極において、５ｅＶのエネルギーとなった。したがって、電子ビームが付加レンズ電極によって減速されたことが分かる。
【符号の説明】
【００５７】
１  照射源（荷電粒子源）
２  ゲート電極（荷電粒子源）
３  レンズ電極
３１  レンズ電極の内壁面
【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８】
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【図１５】
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【図７】
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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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