JP2893742B2 - Electron beam equipment - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電界放出型電子銃を用いた電子線装置に
関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron beam apparatus using a field emission type electron gun.
熱電界放出電子銃あるいは冷陰極電界放出電子銃（こ
れらは共に電界放出型電子銃である）を用いた電子線装
置では、電子線源が小さく、且つ電子線源電流が小さい
ため、電子光学系による電子線源の縮小率をあまり小さ
くできない状況である。従って、電子銃部に小さい浮遊
磁場があって、電子線源がわずかに位置変動を起すと、
その変動量があまり縮小されないので、試料上での電子
線位置変動となり、電子線装置の性能に影響を及ぼす。
従って、このような電子銃を用いた電子線装置において
は電子銃部での外部浮遊磁場を極端に小さくする必要が
ある。すなわち遮へい率の大きい磁気シールドを設ける
必要がある。また、電子線描画装置に用いられる可変成
形電子線では電子線源を最終レンズ主面上で数10倍に拡
大している。In an electron beam apparatus using a thermal field emission electron gun or a cold cathode field emission electron gun (both of which are field emission electron guns), an electron beam source is small and an electron beam source current is small. In this situation, the reduction rate of the electron beam source cannot be reduced so much. Therefore, if there is a small stray magnetic field in the electron gun and the position of the electron beam source slightly changes,
Since the amount of the change is not reduced so much, the position of the electron beam on the sample fluctuates, which affects the performance of the electron beam apparatus.
Therefore, in an electron beam apparatus using such an electron gun, it is necessary to extremely reduce the external stray magnetic field in the electron gun. That is, it is necessary to provide a magnetic shield having a large shielding ratio. In the case of a variable shaped electron beam used in an electron beam lithography system, the electron beam source is enlarged several tens times on the principal surface of the final lens.
そのため従来は、外部浮遊磁場の影響を受けないよう
にするために、パーマロイ等の高透磁率材料で電子銃部
を磁気シールドしている。Therefore, conventionally, in order to prevent the influence of the external stray magnetic field, the electron gun portion is magnetically shielded with a high magnetic permeability material such as permalloy.
そして、この磁気シールドには、電子銃の外囲器内で
行なう場合と、電子銃の外囲器外で行なう場合とがあ
る。The magnetic shield may be performed inside the envelope of the electron gun or outside the envelope of the electron gun.
外囲器内にて磁気シールドを行なう場合、磁気シール
ド材料表面から放出されるガスをさらに排気する必要が
あるため、大きい容量の排気ポンプを必要とし、磁気シ
ールドが電子銃チップとポンプの間を仕切る障害物とな
るため、排気のコンダクタンスが小さくなる問題点があ
った。When performing a magnetic shield inside the envelope, it is necessary to further exhaust the gas emitted from the surface of the magnetic shield material, so a large-capacity exhaust pump is required. There is a problem that the conductance of the exhaust gas becomes small because it becomes an obstacle to partition.
外囲器外にて磁気シールドを行なう場合には、鏡筒に
密着したシールドでは排気パイプの位置に穴を設ける必
要がありシールド効果が損われる。従って、ポンプを含
めてシールド材で囲う必要がある。シールドの遮へい率
はシールド材の直径に逆比例するので、外囲器外にて磁
気シールドを行なう場合には、シールド材の直径が大き
くなるため遮へい率がどうしても小さくなる。従って、
この形状面での不利をカバーして、大きい遮へい率を得
るために、厚いパーマロイ材料を使うか、多重シールド
を行う必要があり、コストアップあるいは、電子銃交換
等の鏡筒のメンテナンス時のシールドの着脱が煩雑にな
るという問題点があった。When the magnetic shield is performed outside the envelope, it is necessary to provide a hole at the position of the exhaust pipe in the shield in close contact with the lens barrel, and the shielding effect is impaired. Therefore, it is necessary to enclose the pump and the shield material. Since the shielding rate of the shield is inversely proportional to the diameter of the shield material, when the magnetic shield is performed outside the envelope, the shield rate is inevitably reduced because the diameter of the shield material increases. Therefore,
In order to cover the disadvantage in this shape and obtain a large shielding rate, it is necessary to use a thick permalloy material or perform multiple shielding, which increases the cost or shields during maintenance of the lens barrel such as replacing electron guns There is a problem in that attachment and detachment of the device become complicated.
上記の問題点の解決のために本発明では電子銃室の外
囲器をパーマロイ等の高透磁率材料とし、その場合に生
じる問題点を以下の如き構成で解決した。In order to solve the above problems, in the present invention, the envelope of the electron gun chamber is made of a high magnetic permeability material such as permalloy, and the problems that arise in that case are solved by the following configuration.
（１） 外囲器には、コンダクタンスをあまり落さない
で、磁気シールド効果を上げるため、水平方向（電子線
の軌道に対して垂直な方向）を長手方向とするスリット
状の排気口を格子状に複数設けた。そして（排気口の総
断面積／排気口区別けする部分のパーマロイ壁の面積）
比を大きくすることによってコンダクタンスを大きく
し、水平方向のスリットにすることによって水平方向の
外部磁場に対して磁気シールド効果を確保した。(1) In order to increase the magnetic shielding effect without significantly reducing the conductance, the envelope has a slit-like exhaust port with a longitudinal direction in the horizontal direction (perpendicular to the orbit of the electron beam). A plurality were provided in a shape. And (total cross-sectional area of exhaust port / area of permalloy wall where exhaust port is distinguished)
By increasing the ratio, the conductance was increased, and by forming a slit in the horizontal direction, a magnetic shielding effect was secured against an external magnetic field in the horizontal direction.
（２） 電子銃のベーキングを可能にするため、金属の
０リングを使う必要があるが、熱処理で軟かくなったパ
ーマロイのシール面を損わず、小さい締めつけ力でシー
ルが可能な材料として金の０リングを用いる。(2) In order to enable baking of the electron gun, it is necessary to use a metal O-ring. However, gold is a material that can be sealed with a small tightening force without damaging the sealing surface of Permalloy softened by heat treatment. Is used.
（３） 電子銃室の外囲器は厚いので比較的小さい透磁
率でも遮へい率は十分得られるため、熱処理温度を600
℃以下にすることによって硬いシール面を得ることによ
り、一般のメタル０リングを用いる。(3) Since the envelope of the electron gun chamber is thick enough to provide sufficient shielding even with a relatively small permeability, the heat treatment temperature is set at 600 ° C.
A general metal O-ring is used by obtaining a hard sealing surface by lowering the temperature to 0 ° C. or lower.
（１） 排気口における水平方向の外部磁界に対する遮
へい率を十分大きくできるので、真空排気に対する開口
比（排気口の総断面積≡ガスが通れる面積／排気口を区
別けする部分のパーマロイ壁の面積≡ガス通路の障害面
積）を大きくすることができ、排気のコンダクタンスを
十分取れる。(1) Since the shielding rate against the external magnetic field in the horizontal direction at the exhaust port can be made sufficiently large, the aperture ratio to the vacuum exhaust (the total cross-sectional area of the exhaust port / the area through which gas can pass / the area of the permalloy wall at the portion that distinguishes the exhaust port)障害 The obstruction area of the gas passage) can be increased, and the conductance of the exhaust can be sufficiently obtained.
（２） 水平方向の外部磁界に対する遮へい率は十分大
きくできる。垂直方向の外部磁場は若干中へ侵入する
が、電子線の軌道と平行なので、電子線への影響は少な
い。(2) The shielding rate against a horizontal external magnetic field can be made sufficiently large. The vertical external magnetic field penetrates slightly into the inside, but has little effect on the electron beam because it is parallel to the trajectory of the electron beam.
（３） パーマロイ等の高透磁率材料からのガス放出は
片面のみであるから、中へシールド筒を入れる場合に比
べてガス放出面積が小さく、結果として放出ガスの量が
少ない。(3) Since the gas is released only from one side from a high magnetic permeability material such as permalloy, the gas emission area is smaller than when a shield tube is inserted into the inside, and as a result, the amount of released gas is small.
（４） 金線のＯリングは軟かくパーマロイの０リング
面に圧こんを残さないし、締め付け力も小さくてすむ。(4) The O-ring of the gold wire is soft, does not leave an indentation on the O-ring surface of Permalloy, and requires only a small tightening force.
（５） パーマロイは600℃以下の低温で熱処理すれば
硬度が非常に大きく、一般のメタル０リングが使用可能
となる。(5) Permalloy has a very high hardness when heat-treated at a low temperature of 600 ° C. or less, and a general metal O-ring can be used.
第１図は本発明の電子線装置の電子銃部の断面概略図
であり、第２図は第１図のＡ−Ａ′矢視断面図である。
電子銃は熱電界放出カソード１と引出し電極３、サプレ
ッサー電極２、アノード４から成り、外囲器８で形成さ
れる。電子銃室の中央部に設けられ外囲器８の側面には
スリット状の排気口5b1、5b2、5b3、5b4、5b5が複数の
格子5a1、5a2、5a3、5a4により区別されて形成されてい
る。そして、（排気口の総面積／複数の格子の総端部面
積）で定まる開口比ができるだけ大きくなるように設定
されている。排気口5b1から5b5はコンダクタンスの大き
い太い真空排管７を通じて不図示のイオンポンプで排気
される。真空排管７は金の０リング６を挟んでビス14
c、14dにより外囲器８に固定されている。格子5a1から5
a4は第１図、第２図からわかるようにそれぞれ板状をし
ており、この板状の部分5a1から5a4は水平方向の磁場を
とらえ、この磁場がスリット空間に漏れずに外囲器８に
容易に案内され、外囲器にて磁気回路が形成されるよう
両端部にテーパが付けられている。外囲器８の上方には
貫通孔が形成され、先端にカソード１を有する電子銃構
造体（主に絶縁碍子）９がこの孔に貫入され、金の０リ
ングを挟んでビス14a、14bで外囲器８に固定されてい
る。FIG. 1 is a schematic sectional view of an electron gun section of the electron beam apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG.
The electron gun comprises a thermal field emission cathode 1, an extraction electrode 3, a suppressor electrode 2, and an anode 4 and is formed by an envelope 8. Outlet 5b 1 of the slit on the side of the electron gun chamber of the central outside provided unit enclosure 8, 5b 2, 5b 3, 5b 4, 5b 5 a plurality of grating 5a 1, 5a 2, 5a 3 , 5a They are distinguished by four . An opening ratio determined by (total area of exhaust ports / total end area of a plurality of grids) is set to be as large as possible. 5b 5 from the exhaust port 5b 1 is exhausted by an ion pump (not shown) through a thick vacuum exhaust pipe 7 having a large conductance. The vacuum evacuation tube 7 is screwed with a screw 14
It is fixed to the envelope 8 by c and 14d. Grid 5a 1 to 5
As can be seen from FIGS. 1 and 2, a 4 has a plate-like shape, and the plate-like portions 5a 1 to 5a 4 capture a horizontal magnetic field. Both ends are tapered so that they are easily guided by the envelope 8 and a magnetic circuit is formed by the envelope. A through-hole is formed above the envelope 8, and an electron gun structure (mainly an insulator) 9 having a cathode 1 at the tip is penetrated into this hole, and is screwed with screws 14a and 14b with a gold O-ring therebetween. It is fixed to the envelope 8.
また、外囲器８の下方にも貫通孔が形成され、この貫
通孔に連通する電子線の通路を有すると共に、電子光学
系等を収納する空間を有する収納器10が金の０リング１
を挟んで、不図示のビスにて固定されている。電子銃室
を形成する外囲器８の内面には金を１μｍの厚みに電気
メッキを行い、パーマロイ表面からの放出ガスを小さく
押えた。A through hole is also formed below the envelope 8, and a container 10 having an electron beam passage communicating with the through hole and having a space for accommodating an electron optical system or the like is provided by a gold O-ring 1.
And is fixed with screws (not shown). The inner surface of the envelope 8 forming the electron gun chamber was electroplated with gold to a thickness of 1 μm to suppress the gas released from the surface of the permalloy to a small value.
このような構成であるから、外囲器８の外部からの磁
力線は電子銃室内にほとんど入ることはなく、また排気
口5b1、5b2、5b3、5b4、5b5から入ろうとする磁力線の
うち水平方向（開口の長手方向）の磁力線は、ほとんど
格子5a1、5a2、5a3、5a4にとらえられ、外囲器８から漏
れることはない。他方、排気口5b1、5b2、5b3、5b4、5b
5から入ろうとする磁力線のうち垂直方向の磁力線の一
部は排気口を通過して電子銃室内に侵入するが、電子線
の軌道と平行なため、電子線への影響はない。Since such a configuration, the magnetic field lines from the outside of the envelope 8 is not that most entering the electron gun chamber and the exhaust port 5b 1, 5b 2, 5b 3 , 5b 4, the magnetic lines of force trying to enter from 5b 5 Of these, the lines of magnetic force in the horizontal direction (the longitudinal direction of the opening) are almost captured by the lattices 5a 1 , 5a 2 , 5a 3 , 5a 4 and do not leak from the envelope 8. On the other hand, the exhaust port 5b 1, 5b 2, 5b 3 , 5b 4, 5b
A part of the magnetic field lines in the vertical direction among the magnetic field lines entering from 5 pass through the exhaust port and enter the electron gun chamber, but have no effect on the electron beam because they are parallel to the trajectory of the electron beam.
すなわち、上述の構成により電子銃室は実質的に問題
のない程度に磁気シールドされることになる。That is, the electron gun chamber is magnetically shielded by the above-described configuration to such an extent that there is substantially no problem.
そして、外囲器８を形成するパーマロイは、大きな透
磁率を持たせるため、600℃を越えた高温で熱処理が行
なわれている。そのため、外囲器８は比較的軟らかくな
っているが、金の０リングを用いているため、小さい締
め付け力でシールが行なえ、かつシール面が損なわれる
こともない。The permalloy forming the envelope 8 is subjected to a heat treatment at a high temperature exceeding 600 ° C. in order to have a large magnetic permeability. For this reason, the envelope 8 is relatively soft, but since the O-ring of gold is used, sealing can be performed with a small tightening force, and the sealing surface is not damaged.
なお、外囲器８を比較的厚く構成することにより、パ
ーマロイ自体の透磁率が比較的小さい場合でも十分なシ
ールド効果を得ることができるので、熱処理温度を600
℃以下にすることもでき、その場合にはパーマロイの表
面を硬いシール面とすることができ、金の０リングの代
わりに一般のメタルリングを用いることができる。By making the envelope 8 relatively thick, a sufficient shielding effect can be obtained even when the magnetic permeability of Permalloy itself is relatively small.
° C or less, in which case the surface of Permalloy can be a hard sealing surface, and a general metal ring can be used instead of the gold 0 ring.
また、以上の実施例では外囲器８としてパーマロイを
用いたが、他の高透率材料を用いても同様である。Further, in the above embodiment, permalloy is used as the envelope 8, but the same applies to the case where another high-permeability material is used.
以上述べた実施例によれば、以下の効果が得られた。 According to the embodiment described above, the following effects were obtained.
（１） 厚い高透磁率材料外囲器を直径の小さい所に設
けられるので水平方向の磁界の遮へい率300以上が得ら
れた。(1) Since a thick high-permeability material envelope is provided at a small diameter, a horizontal magnetic field shielding rate of 300 or more was obtained.
（２） パーマロイ表面を金メッキしたため放出ガスが
少く20/sのイオンポンプで１×10-9Torr以下が１回の
ベーキングで得られた。(2) Since the permalloy surface was gold-plated, the amount of outgassing was small and 1 × 10 −9 Torr or less was obtained by one baking with a 20 / s ion pump.
（３） 200℃の真空ベーキングを多数回行っても真空
シールに異常は生じなかった。また、金０リングの圧痕
はパーマロイのシール面には全くつかなかった。(3) No abnormality occurred in the vacuum seal even after performing vacuum baking at 200 ° C. many times. Also, no indentation of the gold 0 ring was made on the permalloy sealing surface at all.
（４） 10mGaussの変動磁場のある場所でSEM像を見た
結果変動磁場の影響は全く見られなかった。(4) As a result of viewing the SEM image at a place where a fluctuating magnetic field of 10 mGauss was present, no influence of the fluctuating magnetic field was observed at all.
（５） また、第１図の電子銃部を可変成形光学系を有
する電子線装置に用いた場合、電子線源を最終レンズ主
面で大きく拡大しているにもかかわらず、そこでの電子
線源拡大像の外部磁場による影響を小さく押えることが
できた。(5) When the electron gun unit shown in FIG. 1 is used in an electron beam apparatus having a variable shaping optical system, the electron beam source is greatly enlarged at the main surface of the final lens, even if the electron beam source is greatly enlarged. The influence of the external magnetic field on the source magnified image could be kept small.
以上述べたように本発明によれば、外囲器を高透磁率
のシールド材料で製作したため、シールド材料表面から
放出されるガスは、片面のみとなるため外囲器内でシー
ルドしたものに比し放出ガスの量は少なく、また、外囲
器の外にシールド材料を設けたものに比し小型になる。As described above, according to the present invention, since the envelope is made of a shield material having a high magnetic permeability, the gas released from the surface of the shield material is only one side, so that the gas is compared with that shielded inside the envelope. In addition, the amount of released gas is small, and the size is reduced as compared with the case where a shielding material is provided outside the envelope.
また、電子線に悪影響を与える磁力線が排気口から外
囲器内部、すなわち真空室に入り込まないので、シール
ド効果が損なわれることもない。Further, since the magnetic lines of force that adversely affect the electron beam do not enter the envelope, that is, the vacuum chamber from the exhaust port, the shielding effect is not impaired.
また、シールドを行なうことにより鏡筒のメンテナン
スを煩わしくすることもなく、かつ構成が簡単なので、
低価格で電子線装置を構成できる。Also, since the shield does not bother the maintenance of the lens barrel and the configuration is simple,
An electron beam device can be configured at low cost.
第１図は本発明の電子線装置の電子銃部の実施例の断面
図、第２図は第１図のＡ−Ａ′矢視断面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 5a1、5a2、5a3、5a4……格子、 5b1、5b2、5b3、5b4、5b5……スリット状の排気口、 ８……外囲器、 ６、11、12……０リング。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of an electron gun unit of the electron beam apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG. [Description of Signs of Main Parts] 5a 1 , 5a 2 , 5a 3 , 5a 4 ... lattice, 5b 1 , 5b 2 , 5b 3 , 5b 4 , 5b 5 ... slit-shaped exhaust port, 8 ... surrounding Container, 6, 11, 12, ... 0 ring.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 正平 東京都品川区西大井１丁目６番３号 株 式会社ニコン大井製作所内 (56)参考文献 特開 昭53−126859（ＪＰ，Ａ) 実公 昭52−9324（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 37/06 - 37/073 H01J 37/16 H01J 37/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Shohei Suzuki 1-6-3 Nishioi, Shinagawa-ku, Tokyo Nikon Oi Works Co., Ltd. (56) References JP-A-53-126859 (JP, A) 52-9324 (JP, Y1) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01J 37/06-37/073 H01J 37/16 H01J 37/18
Claims (3)
材料で製作し、前記外囲器に長手方向を電子線の軌道の
方向に対して垂直な方向とするスリット状の真空排気口
を複数形成したことを特徴とする電子線装置。1. An envelope for an electron gun is made of a material having a high magnetic permeability such as permalloy, and a slit-shaped vacuum evacuation is performed on the envelope so that the longitudinal direction is perpendicular to the direction of an electron beam orbit. An electron beam apparatus having a plurality of openings.
の真空シール材として金のＯリングを用いたことを特徴
とする電子線装置。2. An electron beam apparatus wherein an envelope of an electron gun is made of permalloy and a gold O-ring is used as a vacuum sealing material.
子線装置において、前記パーマロイの熱処理温度を600
℃以下としたことを特徴とする電子線装置。3. An electron beam apparatus wherein an envelope of an electron gun is made of permalloy.
An electron beam apparatus characterized in that the temperature is lower than or equal to ° C.
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Families Citing this family (2)
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1989
- 1989-08-07 JP JP1204201A patent/JP2893742B2/en not_active Expired - Lifetime
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