JP2005203123A - 荷電粒子ビーム装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の再起動時、装置の荷電粒子ビーム通路が所定の真空度に短時間に達する荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】 電子銃室２，第１中間室３，第２中間室４及び対物レンズ部１０を備えた電子光学鏡筒１と、該電子光学鏡筒下で被照射体２６を載置する回転台２３を有するステージ２２と、電子光学鏡筒１と被照射体２６との隙間の空気を排気すべく電子光学鏡筒１の端部に配置される排気ブロック１４とを備えている。電子銃室２，第１中間室３，第２中間室４はそれぞれ専用のポンプ７，８，９を備えており、電子銃室２と第１中間室３との間及び第２中間室４と対物レンズ部１０との間にそれぞれ仕切弁２９，４１が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子光学鏡筒の端部に排気ブロックを配置した荷電粒子ビーム装置に関する。

回転台に着脱自在に固定されたＣＤ（コンパクトディスク）の原盤やＤＶＤ（デジタルビデオディスク又はデジタルバーサタイルディスク）の原盤等の被照射体に、電子ビームを照射する電子ビーム露光装置の如き荷電粒子ビーム装置がある。

この様な電子ビーム露光装置においては、被照射体を気密の真空チャンバーに配置し、該被照射体に電子ビームを照射している。

この様に、真空チャンバーに被照射体を配置するのは、真空チャンバー内の被照射体を交換する機構の構成が複雑になるばかりか、交換作業も面倒であった。

前記被照射体の交換を容易に行うことができる機構を備えた電子ビーム照射装置として、例えば、特開昭６０−８９９２２号公報記載の装置が知られている。

この装置において、電子光学鏡筒からの電子線が、大気に妨げられずに被照射体に照射されるように、電子光学鏡筒の下端部に電子光学鏡筒内部を排気する排気ブロックを設け、この排気ブロックにより電子光学鏡筒と被照射体との隙間を排気している。この公報の第３図に記載された装置では、前記隙間の空気を吸引することにより被照射体の電子ビーム照射部分を１０のマイナス６乗Ｔｏｒｒ程度の高真空にすることが出来る。又、この公報の第４図に記載された装置では、前記隙間の外周部から吹き出す空気により生じるベルヌーイの負圧を利用して、前記隙間を１０のマイナス２乗Ｔｏｒｒ程度の真空にすることが出来る。

前述の電子ビーム照射装置においては、被照射体がＸＹステージに着脱自在に固定され、このＸＹステージを縦横に駆動して被照射体の位置を調整している。そして、被照射体をＸＹステージに取り付けたり、また、外したりする際には、ＸＹステージを駆動して、被照射体を電子光学鏡筒の排気ブロックから外れた位置に移動させている。

さて、被照射体が略円形の記憶媒体であるＣＤやＤＶＤ等の原盤の場合には、前述のＸＹステージではなく、特開２００３−１４２０２２号公報記載の電子ビーム照射装置に示す様に、回転台に取り付けられる。

図１は、その様な回転台を備えた電子ビーム照射装置の概略を示している。

図中１は、例えば、ＴＦＥタイプ（熱電界放出型）の電子銃を備えた電子銃室２、真空ゾーンとしての第１中間室３及び第２中間室４を備えた電子光学鏡筒で、架台５の上部にビス６で固定されている。これらの電子銃室２、第１中間室３及び第２中間室４は、それぞれ、スパッタイオンポンプ７，８，ターボモレキュラポンプ９により排気される。

１０は対物レンズ部で、電子ビーム通路１１の周りに、Ｘ，Ｙ方向用偏向コイル１２Ｘ，１２Ｙ及び対物レンズ励磁コイル１３が配設されている。

電子銃からの電子ビームは電子光学鏡筒１の電子ビーム通路１１を通って電子光学鏡筒１の下端（対物レンズ部１０の下端）から下方に照射される。この電子ビーム通路１１の空気は、前記ポンプ７，８及び９によって排気される。

また、電子光学鏡筒１の下端部（対物レンズ部１０の下端部）には、差動排気ブロック１４が架台５にビス１５で取り付けられて配置されている。この差動排気ブロック１４には、本引き室１６、第２粗引き室１７および第１粗引き室１８が備えられており、それぞれ、電子光学鏡筒１の下端部（対物レンズ部１０の下端部）の周囲に設けられている。

本引き室１６の端部開口、第２粗引き室１７の端部開口および第１粗引き室１８の端部開口は、略リング状をしているとともに、電子ビーム通路１１の端部開口を中心として順次外側に配置されている。そして、これら本引き室１６、第２粗引き室１７および第１粗引き室１８には、それぞれ、ターボモレキュラポンプ１９、ドライポンプ２０およびドライポンプ２１がそれぞれ接続されており、電子ビーム通路１１が一番圧力が低く（即ち、真空度が一番高く）、本引き室１６、第２粗引き室１７、第１粗引き室１８の順で圧力が高く（すなわち、真空度が低く）なっている。

電子光学鏡筒１および差動排気ブロック１４の下方には、ステージ２２が、近接（たとえば隙間約１０μｍ）して設けられている。このステージ２２は、回転台２３、この回転台２３を回転可能に支持する支持台２４、この支持台２４をスライド可能にガイドするガイド体２５等を具備している。

回転台２３は平面図視で略円形をし、図示しないモータにより回転駆動されるとともに、その上面には略円形の凹部が形成されている。この回転台２３の凹部に被照射体２６が静電吸着や真空吸着などにより着脱自在に且つ外周が前記凹部内周に密着するように固定されており、回転台２３の凹部に固定された被照射体２６の上面は回転台２３の上面と略面一となっている。

そして、支持台２４は、支持台２４を貫通する一対のガイドレール２７および前記ガイド体２５により回転台２３の径方向に摺動可能にガイドされる。また、駆動ネジ２８が支持台２４を螺合した状態で貫通しており、駆動ネジ２８が図示しないモータで回転されると、支持台２４が移動する様に成っている。

尚、ポンプ７，８，９，１９，２０，２１は、その各接続用配管の太さ、ポンプの排気スピードおよびポンプ間のコンダクタンスが下記条件を満たすように設定されている。

条件：回転台２３上の被照射体２６と差動排気ブロック１４との隙間が略１０μｍの時に、ポンプ７，８，９，１９，２０，２１が差動すると、電子光学鏡筒１内は略５×１０^−４Ｐａ（Ｐａはパスカル）になること。

この様に構成されている電子線照射装置で、略円形のＣＤの原盤やＤＶＤの原盤などの被照射体を露光する場合、ポンプ７，８，９，１９，２０，２１を差動させて、回転台２３上の被照射体２６と電子光学鏡筒１との間の圧力を低下させる。ついで、電子光学鏡筒１の電子銃から電子線を適宜照射するとともに、回転台２３を回転させながら、駆動ネジ２８を回転させて支持台２４を一定速度で移動させる。すると、被照射体２６の表面上は電子線により渦巻き状に露光される。

露光が完了すると、被照射体２６を交換するが、その交換の際には、ポンプ７，８，９，１９，２０，２１の稼働を維持しながら、駆動ネジ２８を駆動して支持台２４を移動させて、被照射体２６を差動排気ブロック１４の外径の外側に位置させている。そして、再び、支持台２４を移動させて、新しい被照射体を電子光学鏡筒１に対向する位置、即ち、作業位置（露光位置）に戻している。
特開昭６０−８９９２２号公報 特開２００３−１４２０２２号公報

前記電子ビーム照射装置においては、電子銃室２と第１中間室３との間に仕切弁２９が設置されている。即ち、仕切弁２９をＯリング３０を介して第１中間室３の上壁に滑動可能に設け、制御装置３１からの指令に基づいて動作する弁駆動装置３２によって第１中間室３の上壁に沿って仕切弁２９を移動させ、電子銃室２と第１中間室３の間の電子ビーム通路３３を開閉するように成してある。

さて、電子ビーム照射装置を長時間使用しない時（例えば、夜間等）は、再稼働させた時に、放出される電子ビームが安定するまで極めて長時間を要する電子銃（特に、ＴＥＦ型電子銃）については、電子銃電源をオンのままにし、常時電子銃を点灯状態にしておく。

その為、前記仕切弁２９を移動させて、電子銃室２と第１中間室３の間の電子ビーム通路３３を閉じ、この状態で、スパッタイオンポンプ８，ターボモレキュラポンプ９，及び差動排気ブロック１４の各ポンプ１９，２０，２１を停止させ、スパッタイオンポンプ７のみ動作を継続させ、電子銃室２を常時排気の状態にしておく。

しかし、電子ビーム照射装置の再使用開始時、ポンプ８，９，１９，２０，２１を作動させても、電子光学鏡筒１内が、電子ビームの照射条件に適した真空度（略３×１０^−３Ｐａ（Ｐａはパスカル）に到達するまでに数時間以上（例えば、４時間程度）かかり、電子ビーム電流が変動±２％以下の安定度を得るまでには、１０時間以上（例えば１２時間）かかる。

本発明は、この様な問題を解決する新規な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生室、対物レンズ部及び前記荷電粒子ビーム発生室と前記対物レンズ部の間に配設された中間室を備えた電子光学鏡筒と、該電子光学鏡筒下で被ビーム照射物を載置するステージと、前記電子光学鏡筒と前記被ビーム照射物との隙間の間の空気を排気すべく電子光学鏡筒の端部に配置される排気ブロックとを備え、前記荷電粒子ビーム発生室からの荷電粒子ビームが、中間室、対物レンズ部及び排気ブロック内のビーム通路を通って被ビーム照射物に照射されるように成した荷電粒子ビーム装置において、前記中間室と対物レンズ部との間に仕切弁を設けた。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電ビーム発生室、対物レンズ部及び前記荷電ビーム発生室と前記対物レンズ部の間に配設された中間室を備えた電子光学鏡筒と、該電子光学鏡筒下で被ビーム照射物を載置するステージと、前記電子光学鏡筒と前記被ビーム照射物との隙間の間空気を排気すべく電子光学鏡筒の端部に配置される排気ブロックとを備え、前記荷電ビーム発生室からの荷電粒子ビームが、中間室、対物レンズ部及び排気ブロックのビーム通路を通って被ビーム照射物に照射されるように成しており、前記中間室と対物レンズ部との間に仕切弁を設けるように成した。この様な構成により、差動排気ブロックの排気手段の作動で、差動排気部の真空度が電子ビームの照射条件に適した真空度に到達すると、そのまま、電子銃室，中間室及び対物レンズ部を含む電子光学鏡筒内も、僅かな時間で電子ビームの照射条件に適した真空度に達する。又、電子ビーム電流もごく短時間で所定の安定度に達する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図２は本発明の荷電粒子ビーム装置の一例である電子ビーム露光装置の概略を示している。図中前記図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。

図１で示す装置に対する図２に示す装置の構成上の差異は、第２中間室４と対物レンズ部１０との間に仕切弁４１が設置されていることである。即ち、仕切弁４１をＯリング４２を介して、第２中間室４と対物レンズ部１０との間の空室４３の上壁に滑動可能に設け、制御装置３１からの指令に基づいて動作する弁駆動装置４４によって空室４３の上壁に沿って仕切弁４１を移動させ、第２中間室４と対物レンズ部１０との間の電子ビーム通路４５を開閉するように成してある。又、第２中間室４と対物レンズ部１０との間の電子ビーム通路４５は他の電子ビーム通路より径の小さいオリフィス状（例えば、直径が０．８ｍｍで、長さ４ｍｍ）に形成されている。

さて、この様な構成の電子ビーム露光装置を長時間使用しない時（例えば、夜間等）は、次に再稼働させた時に、放出される電子ビームが安定するまで極めて長時間を要する電子銃（特に、ＴＥＦ型電子銃）については、電子銃電源をオンのままにし、常時電子銃を点灯状態にしておく。

その為、制御装置３１からの指令に基づいて弁駆動装置３２及び４４が作動し、仕切弁２９及び４１を移動させて、電子銃室２と第１中間室３の間の電子ビーム通路３３及び第２中間室４と対物レンズ部１０との間の電子ビーム通路４５を閉じる。この状態で、差動排気ブロック１４の各ポンプ１９，２０，２１を停止させ、スパッタイオンポンプ７とターボモレキュラポンプ９の作動を継続させ、電子銃室２，第１中間室３及び第２中間室４を常時排気される状態にしておく。尚、この時、スパッタイオンポンプ８は作動を継続しても停止させても良い。又、仕切弁２９は移動させないで、電子銃室２と第１中間室３の間の電子ビーム通路３３を開けておき、スパッタイオンポンプ７及び８を停止させ、ターボモレキュラポンプ９だけで電子銃室２，第１及び第２中間室３，４の排気を継続しても良い。

電子ビーム露光装置の使用開始時、差動排気ブロック１４の各ポンプ１９，２０，２１を作動させ、差動排気部の真空度が、例えば、電子ビームの照射条件に適した真空度（略３×１０^−３Ｐａ程度）に達したら、仕切弁４１を移動させて電子ビーム通路４５を開ける。この時、電子銃室２，第１中間室３及び第２中間室４は排気が継続されていたので、電子ビーム電子装置使用時の真空度（略５×１０^−４Ｐａ程度）とほぼ変わらない真空度に保たれており、電子ビーム通路４５はオリフィス状なので圧力差が維持され、仕切弁４１に一番近い第２中間室４であっても、その真空度は殆ど低下しない。

従って、差動排気ブロック１４の各ポンプ１９，２０，２１の作動で、差動排気部の真空度が電子ビームの照射条件に適した真空度（略３×１０^−３Ｐａ）に到達すると、そのまま、電子銃室２，第１中間室３，第２中間室４及び対物レンズ部を含む電子光学鏡筒１内も、電子ビームの照射条件に適した真空度に達している。即ち、僅かな時間（例えば、１時間以内）で、電子銃室２，第１中間室３，第２中間室４及び対物レンズ部を含む電子光学鏡筒１内が所定の真空度に達し、又、電子ビーム電流が変動±２％以下の安定度を得るまでには、１時間程度ですむ。

尚、上記荷電粒子ビーム装置として電子ビーム露光装置を例に上げたが、本発明は、他の荷電粒子ビーム装置、例えば、透過型電子顕微鏡，走査型電子顕微鏡，集束イオンビーム装置等にも応用可能である。

又、上記電子ビーム露光装置は、一概略例であって、各排気用ポンプ等は上記のものに限定されず、他の排気ポンプでも良い。又、仕切弁２９，４１も上記構成のものに限定されない。

又、上記例では、２つの中間室を有する装置を示したが、中間室が１つの装置でも本発明は応用可能であることはいうまでもない。

又、仕切弁４１を対物レンズ部１０と第２中間室４の間に設ける代わりに、対物レンズ部１０の被照射体２６側先端に設けると、より効率的に所定真空度が得られるが、仕切弁を対物レンズ部１０の被照射体２６側先端に設けると、対物レンズと被照射体間の距離を長くせざるを得ず、その為に、色収差が大きくなり、装置の分解能が低下するので、仕切弁を対物レンズ部１０の被照射体２６側先端に設けるのは好ましくない。

又、上記例では、電子ビーム走査系を成すＸ，Ｙ方向用偏向コイル１２Ｘ，１２Ｙより電子銃側の電子ビーム通路、即ち、仕切弁４１と第２中間室４との間の電子ビーム通路４５をオリフィス状にしている。その為に、本発明を走査型電子顕微鏡に応用した場合、低倍像観察時、オリフィスの内壁の影が出てしまうことがない。もし、オリフィスの位置が電子ビーム走査系より被照射物側であると、低倍像観察時に、オリフィスの内壁の影が出てしまう。

従来の荷電粒子ビーム装置ビームの一概略例を示している。 本発明の荷電粒子ビーム装置ビームの一概略例を示している。

符号の説明

１…電子光学鏡筒、２…電子銃室、３…第１中間室、４…第２中間室、５…架台、６…ビス、７，８…スパッタイオンポンプ、９…ターボモレキュラポンプ、１０…対物レンズ部、１１…電子ビーム通路、１２Ｘ，１２Ｙ…Ｘ，Ｙ方向用偏向コイル、１３…対物レンズ励磁コイル、１４…差動排気ブロック、１５…ビス、１６…本引き室、１７…第２粗引き室、１８…第１粗引き室、１９…ターボモレキュラポンプ、２０，２１…ドライポンプ、２２…ステージ、２３…回転台、２４…支持台、２５…ガイド体、２６…被照射体、２７…ガイドレール、２８…駆動ネジ、２９…仕切弁、３０…Ｏリング、３１…制御装置、３２…弁駆動装置、３３…電子ビーム通路、４１…仕切弁、４２…Ｏリング、４３…空室、４４…弁駆動装置、４５…電子ビーム通路

Claims (6)

1. 荷電粒子ビーム発生室、対物レンズ部及び前記荷電粒子ビーム発生室と前記対物レンズ部の間に配設された中間室を備えた電子光学鏡筒と、該電子光学鏡筒下で被ビーム照射物を載置するステージと、前記電子光学鏡筒と前記被ビーム照射物との隙間の間の空気を排気すべく電子光学鏡筒の端部に配置される排気ブロックとを備え、前記荷電粒子ビーム発生室からの荷電粒子ビームが、中間室、対物レンズ部及び排気ブロック内のビーム通路を通って被ビーム照射物に照射されるように成した荷電粒子ビーム装置において、前記中間室と対物レンズ部との間に仕切弁を設けた荷電粒子ビーム装置。
2. 前記ステージは、被ビーム照射物を直接載せる回転台を有する請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
3. 前記対物レンズ部内の荷電粒子ビーム通路に沿ってビーム偏向系が設けられている請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 前記電子銃室と前記中間室との間に仕切弁が設けられている請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 前記中間室と対物レンズ部との間に設けられた仕切弁より電子銃側の荷電粒子ビーム通路の一部をオリフィス状に成した請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
6. 前記中間室と対物レンズ部との間に空室を設け、該空室に仕切弁を設け、該空室と前記中間室の間の荷電粒子ビーム通路をオリフィス状に成した請求項５記載の荷電粒子ビーム装置。

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