JP2008532222A - 超小型電子カラム用ハウジング - Google Patents

Abstract

超小型電子カラムの整列および組み立てをより容易にし且つ安定性を向上させることが可能な超小型電子カラム用ハウジングを開示する。電子放出源、ソースレンズ、デフレクターおよびレンズを含む超小型電子カラム用ハウジングは、前記放出源が挿入される電子放出源ホルダー、前記電子放出源ホルダーが挿入されるホルダーベース、および前記ホルダーベースと結合するカラムベースを含み、これにより、前記放出源は、タップホールに挿入されるボルトまたは頭なしボルトを介して、前記電子放出源ホルダーと前記ホルダーベースとの間でＸ−Ｙ−Ｚ軸方向に整列および固定が可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子放出源およびレンズを含む超小型電子カラムに用いられるハウジングに係り、さらには、電子放出源およびレンズの整列および組み立てをより容易にすることが可能な構造の超小型電子カラム用ハウジングに関する。

走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の基本原理の下で作動する電子放出源および微細構造の電子光学部品に基づいた超小型電子カラムは、１９８０年代初めに導入された。超小型電子カラムは、微細な部品を精巧に組み立てて光学数値を最小化することにより、向上した電子カラムを形成し、小さな構造が、多数個を配列して並列または直列構造のマルチ電子カラム構造に使用可能である。

このような超小型電子カラムは、超小型電子レンズおよびデフレクター(deflector)を含む機械的微細構造物であって、一般に、電子放出源、ソースレンズ、デフレクター、アインツェルレンズ(Einzel lens)を含み構成されている。

超小型電子カラムにおいて、電子放出源、ソースレンズ、アインツェルレンズの整列および固定は、超小型電子カラムの性能と関連して非常に重要なことである。このような超小型電子カラムの整列および固定と関連して、従来の電子カラムが１９９６年発行の『Journal of Vacuum &Science Technology B14(6)』の第３７９２頁〜第３７９６頁上に「Experimental evacuation of a 20×20mm footprint microcolumn」において開示されている。

図１は従来の超小型電子カラムの斜視図である。前記従来の超小型電子カラム１０は、電子放出源、ソースレンズ、デフレクター、及びアインツェルレンズが整列および固定されている。上部プレート２は、上部に位置するマイクロポジショナー（図示せず）と共に電子放出源を支持する部材を形成し、その中心には電子放出源１が位置するようにスルーホールが設けられている。上部プレート２と、レンズを収容する支持部材としての下部プレート５とは、図１では４つの支持バー6を介して上部のボルトによって結合する。下部プレート５の上部には、ソースレンズ３が電子放出源１に対応するように整列された状態で、エポキシボンディングなどによって固定されている。下部プレート５の左右にはデフレクター４が配置されている。また、下部プレート５の下部には、ソースレンズ３と対向するようにアインツェルレンズ（図示せず）がソースレンズと同様に整列、固定されている。上部プレート２および下部プレート５は、電子放出源１から放出された電子ビームがレンズおよびデフレクターを貫通し得るように、中心軸にスルーホールが設けられている。

このような従来の超小型電子カラムは、電子放出源とソースレンズの整列および固定のために、別途のマイクロポジショナーが必要であり、レンズに瑕疵が発生したときにレンズの交換が非常に難しいという問題点がある。また、この種の従来の超小型電子カラムでは、レンズやデフレクターなどの配線と関連してシールドがうまく行われないため、超小型電子カラムの故障および電磁気的ノイズ発生の原因となる可能性が多い。従来の超小型電子カラムは、高価であり、電子放出源とレンズの整列及び固定に多くの時間と努力がかかるうえ、複数レンズのうち一つの異常でも全体の超小型電子カラムを使用することができなくなるという問題点がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、その目的とするところは、電子放出源およびレンズの整列および固定をより容易にし、且つ各部分の交換およびシールドをうまく行うことが可能な超小型電子カラムを容易に製作するためのハウジングを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、電子放出源、デフレクターおよびレンズを含む超小型電子カラムを製作するための超小型電子カラム用ハウジングにおいて、前記電子放出源が挿入される電子放出源ホルダーと、前記電子放出源ホルダーが挿入されるホルダーベースと、前記ホルダーベースに結合するカラムベースとを含み、前記電子放出源ホルダー、前記ホルダーベース、および前記カラムベースがそれぞれ別々に組み立てられることを特徴とする。

また、本発明によれば、電子放出源、デフレクター、レンズを含む超小型電子カラムを製作するための超小型電子ハウジングにおいて、前記レンズがレンズプレートに挿着され、前記レンズプレートが着脱可能に他の部分と結合して前記レンズが他の部分とは直接接触しないことを特徴とする。

また、本発明によれば、電子放出源、デフレクター、およびレンズ部を含む超小型電子カラムを製作するための超小型電子カラム用ハウジングにおいて、前記電子放出源が挿入されるように中空部を備えた電子放出源ホルダーと、前記電子放出源ホルダーが同軸上に挿入され、底部に前記レンズの中でも第１レンズ部が結合する放出源ホルダーベースと、前記第２レンズが挿着され、中空ホールを持つレンズプレートと、上部では前記ホルダーベースと結合し、中心部にはデフレクターが挿入できるように放射状にスルーホールが設けられており、下部には前記レンズが挿設できるように段部が設けられた中空のカラムベースとを含み、前記電子放出源ホルダーが前記放出源の内部でＸ−Ｙ−Ｚ軸方向に整列および固定できることを特徴とする。

上述したように、本発明に係る超型電子カラム用ハウジングは、別途の高価のマイクロポジショナーと電子放出源の位置調整部材が不要なので、その構造が単純になる。

本発明に係る超小型電子カラム用ハウジングは、電子放出源やレンズなどの交換が容易なので、特定の部分に問題が発生したときにその部分のみを迅速且つ容易に交替することができて高価の超小型電子カラムを再利用することが容易である。

本発明の超小型電子カラム用ハウジングは、配線が全てハウジングの内部でなされることにより、電磁気場およびその他の信号から配線をシールドする効果および配線を安定に保護する効果があって、性能の極大化を実現することができる。

本発明は特定の実施例に限定されているが、これらの実施例は実例に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。当業者であれば、添付された請求の範囲から逸脱しない範疇内において、修正および変更を加え得ることを理解するであろう。

以下に図２および図３を参照しながら、本発明に係るハウジングを用いて製作される超小型電子カラムの構造について詳細に説明する。

図２は本発明の一実施例に係るハウジングを用いて製作される超小型電子カラム１００の構造を示している。図２に示した超小型電子カラムは、基本構成として、電子放出源、ソースレンズ、デフレクター、およびフォーカスレンズとしてのアインツェルレンズを含む。

本発明に係るハウジングは、電子放出源ホルダー１１０、ホルダーベース１２０、およびカラムベース１４０を含んでなる。以下、より具体的に図面を参照して説明する。

電子放出源ホルダー１１０は、中心に設けられたスルーホール１１１に電子放出源（図示せず）が挿入され、この挿入された電子放出源が、ボルトまたは頭なしボルト１１４によって中心軸を基準として放射状に設けられたタップホルダー１１３を介して固定される。頭なしボルト１１４によって、電子放出源はＸ−Ｙ−Ｚ軸の調整、整列および固定が可能になる。ところが、状況によっては、電子放出源がボンディングによって結合されることも可能である。電子放出源ホルダー１１０は、下部にはネジ部１１２が設けられ、後述するホルダーベース１２０と同軸上に螺合される。ネジ部１１２は図面のように下部に形成されることも可能であるが、電子放出源ホルダー１１０の外周全体に形成されて同軸上の螺合の範囲を広くすることも可能である。電子放出源ホルダー１１０にはネジ部１１２とスルーホール１１１が設けられるが、その残り部分の電子放出源ホルダー１１０の外観は丸形又は多角形とすることができる。

ホルダーベース１２０は、中空円筒状をしており、前記電子放出源ホルダー１１０のネジ部１１２と同軸上に結合できるように対応ネジ部１２１が設けられている。さらにホルダーベース１２０の下面１２２には下方のソースレンズ１３０が結合するが、直接ボンディングなどによって下面１２２に結合することも可能である。ホルダーベース１２０の内部には中心軸から放射状にタップホール１２３が直角方向に４つ設けられているため、ボルトまたは頭なしボルト１２４によって電子放出源ホルダー１１０との結合をより確実に実現することができる。タップホール１２３の数または頭なしボルト１２４の数は必要に応じて定めればよいが、整列のために３つ以上備えることが好ましい。電子放出源の挿入された電子放出源ホルダー１１０と、ソースレンズ１３０がボンディングによって結合したホルダーベース１２０とは相互に螺合されている。本実施形態では、電子放出源のＸ−Ｙ座標軸とソースレンズ１３０の整列はタップホール１１３、１２３を介して頭なしボルト１１４、１２４などによって主に実現され、Ｚ軸の整列は、電子放出源ホルダー１１０とホルダーベース１２０が螺合する際に形成される高さを調節することにより実現できる。したがって、電子放出源とソースレンズ１３０との整列および固定が非常に容易に行われる。整列および固定のために必ずしも頭なしボルトなどが使用される必要はない。ネジ締結による固定が堅固であれば、追加の固定手段は必要ない。例えば、ウェッジ又はダボピンのような他の手段がタップ穴に挿入されてもよい。ホルダベース１２０の上部又は下部に形成された逃げ部１２５は、ソースレンズ１３０の配線のためのものである。上下逃げ部１２５内の垂直スルーホール１２６を介してソースレンズ１３０の配線が上方に延長できる。電子放出源ホルダー１１０の外径よりスルーホール１２６間の直径（対角線）距離を同軸上でさらに大きくすれば、垂直に配線が上がって行くことが可能である。ホルダーベース１２０の外部に設けられたネジ部１２８は、ホルダーベース１２０の下方に位置するカラムベース１４０と結合するためのものである。

カラムベース１４０は、中空円筒状をしており、下部の内周に、電子放出源から放出された電子ビームが貫通し得るように中心軸上にスルーホール（図示せず）が設けられた段部１４２を含む。カラムベース１４０の上部内周にはホルダーベース１２０のネジ部１２８が収容されて結合するためのネジ部１４１が設けられており、中心軸から放射状に多数のスルーホールが設けられてデフレクター１５０が挿入されている。アインツェルレンズ１６０がレンズプレート１７０にボンディングなどによって結合し、カラムベース１４０の段部１４２の下部に挿入される。よって、段部１４２の位置によってアインツェルレンズ１６０の垂直位置が決定できる。前記レンズプレート１７０とカラムベース１４０との結合のために、カラムベース１４０の下部には中心軸に放射状にタップホール１４３が設けられている。したがって、アインツェルレンズ１６０とレンズプレート１７０が、カラムベース１４０にボンディングされて挿入されるとき、アインツェルレンズ１６０とレンズプレート１７０は、ボルトまたは頭なしボルト１４４によって整列、固定される。アインツェルレンズ１６０とレンズプレート１７０は、最後の段階で超小型電子カラム１００に整列、固定されることもでき、予めカラムベース１４０と頭なしボルトなどで予備結合をした後、最終整列し結合することもできる。カラムベース１４０の外周にはデフレクター１５０の配線のための配線逃げ部１４５が設けられているため、デフレクター１５０の配線が垂直に折り曲げられて上方または下方に延長できる。すなわち、ホルダーベース１２０の外部直径より逃げ部１４５間の直径（対角線）距離がより大きければ、デフレクター１５０の配線が上方または下方に容易に延長できる。アインツェルレンズ１６０の配線のために、カラムベース１４０には、その下端部に放射状に貫設されたスルーホール１４７と連通する垂直ホール１４６が垂直に設けられる。

レンズプレート１７０は、電子ビームが貫通し得るホール１７１が中心に設けられ、内部にはアインツェルレンズ１６０が挿入ボンディングなどによって結合する。アインツェルレンズ１６０の配線のために、レンズプレートの外縁には逃げ溝１７２が設けられている。

アインツェルレンズ１６０の配線は、逃げ溝１７２を経てカラムベースのスルーホール１４７に入り込んで垂直ホール１４６を介して上方に延長される。したがって、本発明に係る超小型電子カラムは、ソースレンズ、デフレクター、およびアインツェルレンズの配線が全てハウジングの外壁部に沿って上方に延長され、ハウジング自体の材質によって電磁気場からシールドの効果が発生するうえ、ハウジングの配線を容易にし且つ安定的に保護することができる。

カラムベース１４０の外周下端に設けられたネジ部１４８は、試料やデテクターなどの他の部分と連結するためのもので、超小型電子カラムの活用を容易にするために設けられたものである。ネジ部１４８は、図面ではカラムベース１４０の外周に設けられているが、カラムベースの内周、またはカラムベースの内周および外周の両方に設けられることも可能である。

図３は本発明の他の実施例に係るハウジングを用いて製作される超小型電子カラム２００の構造を示す。図３に示した超小型電子カラムも、基本構成として、電子放出源、ソースレンズ、デフレクター、およびフォーカスレンズとしてのアインツェルレンズを含む。

本発明に係るハウジングも、基本的に、電子放出源ホルダー２１０、ホルダーベース２２０、およびカラムベース２４０を含んで構成される。以下、より具体的に図面を参考して説明する。

図３の本実施例における電子放出源ホルダー２１０、ホルダーベース２２０、ソースレンズ２３０、カラムベース２４０、アインツェルレンズ２６０およびレンズプレート２７０は、図２の対応する構成と同一または類似であり、その機能も同一または類似であって、以下ではその差異点を中心として説明する。

電子放出源２０５は、キャップ２０６に挿入されて、電子放出源ホルダー２１０の中心に設けられるが、スルーホール２１１に挿入され、ボルトまたは頭なしボルトなどによって、中心軸を基準として放射状に設けられたタップホール２１３を介して固定される。その他に、本実施例における電子放出源ホルダー２１０は、図２の電子放出源ホルダー１１０と同一または類似にネジ部２１２が設けられている。

ホルダーベース２２０は、図２のホルダーベース１２０と同様に、電子放出源ホルダー２１０のネジ部に螺合されるネジ部２２１と、下方のソースレンズ２３０に結合する下面２２２と、内部に中心軸から放射状に設けられた多数のタップホール２２３と、ソースレンズ１３０の配線のために下部に設けられた逃げ部２２５および垂直スルーホール２２６と、を備えている。電子放出源の挿入された電子放出源ホルダー２１０とソースレンズ２３０がボンディングなどによって結合したホルダーベース２２０とは螺合される。本実施形態では、電子放出源のＸ−Ｙ−Ｚ座標軸と、ソースレンズ２３０との整列は、タップホール２１３、２２３を介して頭なしボルト２１４，２２４などによって主に整列され、Ｚ軸の整列は、電子放出源ホルダー２１０とホルダーベース２２０とが螺合する際に形成される高さを調節することによっても実現できる。図２に示す通りネジ部１２８がホルダーベース１２０に設けてあることとは異なり、ホルダーベース２２０の外周には、ネジ部が設けられていない。

カラムベース２４０は、図２のカラムベース１４０と同様に、中空円筒状をしており、前記ホルダーベース２２０が挿入され、前記ホルダーベース２２０を固定するための複数のタップホール２４９が備えられている。また、カラムベース２４０の中心軸から放射状には多数のスルーホールが設けられて、デフレクター２５０がカラムベース２４０に挿入されている。カラムベース２４０の下部には中心軸から放射状に複数のタップホール２４３が設けられており、アインツェルレンズ２６０がレンズプレート２７０にボンディングなどによって結合してカラムベース２４０の下部に挿入された後、ボルトまたは頭なしボルトなどによって整列、固定される。さらに、図２の段部１４２に示す通り、カラムベース２４０に段部が設けられる。この段部の位置によってアインツェルレンズ２６０の垂直位置が決定されることもある。カラムベース２４０の外周にはデフレクター２５０およびアインツェルレンズ２６０の配線のための多数の逃げ部２４５が設けられているため、デフレクター２５０の配線が垂直に折り曲げられて上方または下方に延長できる。すなわち、ホルダーベース２２０の外部直径より逃げ部２４５間の直径（対角線）距離がさらに大きければ、デフレクター２５０およびアインツェルレンズ２６０の配線が上方または下方に容易に延長できる。

レンズプレート２７０は、電子ビームが貫通し得るホール２７１が中心に設けられ、内部にはアインツェルレンズ２６０が挿入ボンディングなどによって結合する。アインツェルレンズ２６０の配線のために、レンズプレートの外縁には逃げ溝２７２が設けられている。

アインツェルレンズ２６０の配線は、逃げ溝２７２を経てカラムベース２４０の逃げ部２４５を介して上方に延長される。したがって、本発明に係るハウジングを用いた超小型電子カラムは、ソースレンズ、デフレクター、およびアインツェルレンズの配線が全てハウジングの外壁部に沿って上方に延長され、カラム自体の材質によって電磁気場からシールドの効果が発生するうえ、超小型電子カラムの配線を容易にし且つ安定的に保護することができる。

図３の実施例では、図２の実施例とは異なり、ホルダーベース２２０とカラムベース２４０とが相互に螺合されないが、これと同様に、放出源ホルダー２１０とホルダーベース２２０とが螺合されず、タップホール２１３を用いて結合できる。すなわち、螺合は本発明のハウジングにおいて必ずしも必要なものではない。また、レンズプレート２７０とアインツェルレンズ２６０との結合体も図２の第１実施例の結合方式とは逆にして結合するので、図２の第１実施例においても段部１４２に面接触が行われてより正確な結合が成され得る。

図２および図３の超小型電子カラム１００、２００では、ソースレンズがホルダーベースの下端に直接ボンディングなどによって結合したが、アインツェルレンズとカラムベースとの結合方式でレンズプレートを用いて結合することも可能である。

ホルダーベースとカラムベースとは、図２では直接螺合によって締結され、図３ではタップホールなどを用いて結合するが、その他に、従来の方式のように別途の固定具またはボルトなどを用いて結合することも可能である。

電子放出源ホルダー、ホルダーベースおよびカラムベースは、図面において円形の形状をしているが、多角形の形状をすることも可能である。

本発明のハウジングを用いて組み立てられる超小型電子カラムの構成は、まず、電子放出源の位置を固定することが可能な電子放出源ホルダーとホルダーベースの結合構造を持つ構成、レンズとレンズプレートを用いてレンズの整列および組み立てを容易に行い且つ交換を容易に行うようにしたレンズ整列組み立てのための構造を持つレンズプレートとカラムベースの構成、並びにカラムの配線を容易にするためのホルダーベースおよびカラムベースの構造による構成に大きく区分できる。

前述した本発明のハウジングを用いて組み立てられた超小型電子カラムは、電子放出源に瑕疵があるときは電子放出源ホルダーのみを迅速に分解して交替し、ホルダーベースに結合したソースレンズと整列固定すればよい。さらに、ソースレンズに異常があるときはホルダーベース部分を迅速に交替し或いはソースレンズ用レンズプレートを交替すればよく、アインツェルレンズに異常があるときは、やはりアインツェルレンズとレンズプレートを迅速に交替し、整列結合すればよいので、本発明の超小型電子カラムのためのウジングは、部品の整列および修理に非常に容易である。

上述した超小型電子カラム用ハウジングは、最も好適な超小型電子カラムを例として説明したものである。本発明のハウジングを用いて製作される超小型電子カラムは、電子放出源の位置調整および固定、電子放出源およびレンズの整列および固定、並びにレンズの整列および結合をそれぞれまたは全体的に迅速且つ容易に行うことができ、その結果、全体カラムの整列および結合を容易に行うことができる。

すなわち、本発明に係るハウジングを用いた超小型電子カラムに用いられるレンズはソースレンズとフォーカスレンズであると説明したが、一般な電子レンズまたは電子レンズの形を持つものも使用可能であるうえ、ワイヤタイプのデフレクターも必ずしも使用されなければならないのではない。また、図２の第１実施例の段部１４２を用いて電子レンズを固定することも可能である。段部のＸ軸上の位置と厚さを予め決定すると、レンズプレートなしで段部の上面と下面にそれぞれまたは選択的に直接レンズをボンディングすることもできる。またはレンズプレートを用いて段部の上面または下面にレンズを取り付けることもできる。すなわち、段部を用いて電子レンズまたは電子レンズと類似のものを整列結合することもできる。

本発明のハウジングを用いて製作することが可能な電子カラムの整列結合の際に、ソースレンズおよびアインツェルレンズを使用するカラムだけでなく、電子放出源とレンズを使用するカラムであれば、本発明の思想を用いてレンズの整列および結合を容易に行うことができる。

本発明に係る超小型電子カラム用ハウジングは、超小型電子カラムの製作に用いられる。超小型電子カラムは、リソグラフィー、電子顕微鏡、ディスプレイなどの様々な分野で使用可能であり、本発明に係るハウジングは、前記超小型電子カラムの整列および組み立てをより容易にし、且つ前記の超小型電子カラムの安定性を向上させるためのものである。

従来の超小型電子カラムの斜視図である。 本発明の一実施例に係る超小型電子カラム用ハウジングの分解斜視図である。 本発明の他の実施例に係る超小型電子カラム用ハウジングの分解斜視図である

Claims (6)

1. 電子放出源、デフレクター、およびレンズを含む超小型電子カラムを使用するための超小型電子カラム用ハウジングにおいて、
   前記電子放出源が挿入される電子放出源ホルダーと、
   前記電子放出源ホルダーが挿入されるホルダーベースと、
   前記ホルダーベースに結合するカラムベースとを含み、
   前記電子放出源ホルダー、前記ホルダーベース、および前記カラムベースがそれぞれ別々に組み立てられることを特徴とする、超小型電子カラム用ハウジング。
2. 前記レンズがレンズプレートに挿着され、前記レンズプレートが着脱可能に他の部分と結合して前記レンズが他の部分とは直接接触しないことを特徴とする、請求項１に記載の超小型電子カラム用ハウジング。
3. 前記電子放出源ホルダーは、前記電子放出源が挿入されるように中空部を備え、
   前記ホルダーベースは、レンズが結合できる底部を備え、
   前記カラムベースは、中心部にはデフレクターが挿入できるように放射状にスルーホールが設けられており、内周には前記レンズが挿設できるように段部が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の超小型電子カラム用ハウジング。
4. 前記電子放出源ホルダーと前記ホルダーベースはそれぞれに対応するようにネジ部をさらに含むか、もしくは前記ホルダーベースに放射状に複数のタップホールが設けられ、前記ホルダーベース内でＸ−Ｙ−Ｚ軸方向に前記電子放出源ホルダーの調整が可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超小型電子カラム用ハウジング。
5. 前記レンズプレートと前記ホルダーベースにそれぞれレンズ配線のための溝またはホールが放射状に設けられ、前記カラムベースにもレンズおよびデフレクターの配線のための逃げ溝またはホールが垂直に設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超小型電子カラム用ハウジング。
6. 前記ホルダーベースに放射状に複数のタップホールが設けられ、該タップホールに挿入されたボルトまたは頭なしボルトによって、前記放出源ホルダーと前記ホルダーベースとの間でＸ−Ｙ軸方向に調整および固定を可能とすることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の超小型電子カラム用ハウジング。

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